基于COMSOL液压节流阀内部流场数值模拟研究

针对不同开度下U型节流阀内部流场的变化,基于软件COMSOL Multiphysics建立CFD数值计算模型,得到了节流阀内部流场的速度、压力分布等随着阀口开度变化的特性云图。研究结果表明：节流口处压力下降梯度较大,并出现局部低压区。阀内流体速度在经过阀口处急剧变化,阀口附近流速达到最大,并沿流体流动方向形成一个空心锥形高速射流区域。即流体出口端射流出射方向倾斜指向出口,另一过流面中流体出射方向指向阀座,并沿阀体壁面流动。此外,随着阀口开度减小,阀口处速度大小和阀口附近压力几乎不变,但是节流口流体出射方向角度变大。     

基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析

基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究。在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律：在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低。通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显。研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值。     

某双阀芯电液比例多路阀主阀进口节流流场及阀口压降特性研究

以某系列双阀芯电液比例多路阀为研究对象,采用CFD流场仿真技术和PIV可视化测速技术对不同阀口开度和流量下的主阀沿进口流道、节流口、阀腔的流场进行了流体仿真和试验可视化研究。应用Fluent软件仿真研究了主阀进口节流流场分布并得出阀口压降特性;采用PIV试验研究的手段对流场分析结果加以验证,应用2D-PIV技术获得主阀腔内部一个截面上的流场分布,并通过相似理论计算得出阀口压降特性。CFD流场仿真和PIV试验结果表明：该双阀芯电液比例多路阀主阀出油环形腔内会形成较大旋涡,且阀口开度和流量对主阀进口节流内部流场结构和阀口压降特性有重要的影响。研究结果对定性分析双阀芯电液比例多路阀主阀内能量损失和噪声、主阀的结构和流道的设计以及优化具有重要实际意义,为CFD技术和PIV技术在双阀芯多路阀领域的应用研究提供了参考。     

滑阀式压差补偿器的结构设计及数值研究

为解决气体流量阀的进出口压力变化引起输出流量波动的问题,设计了一种采用非全周开口圆柱滑阀结构的压差补偿器。该压差补偿器工作时与流量阀并联,其阀口为具有多级减压效果的典型结构。采用计算流体力学方法对压差补偿器内部流场进行仿真分析,得出不同开度下的压力流量及稳态气动力特性。研究得出在一定阀口开度范围内,气动力随阀口开度增大而增大,是影响阀芯响应速度的重要因素。该研究对于压差补偿器调压性能预测及提高控制精度具有重要意义。     

新型高压电-气伺服阀阀口气体射流数值研究

提出一种新型音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀,针对其工作特点及阀芯受力情况,研究高压气体流经伺服阀阀口时气体射流角。在高压电-气伺服阀中阀口上下游压力比达到临界状态时,高压气体流经较小阀口时流速可达到声速,此时高压、高速气流产生的稳态气动力不容忽视,成为影响音圈马达直接驱动滑阀式单级高压电-气伺服阀控制精度及响应特性的重要干扰力。基于气体射流理论采用计算流体动力学方法对高压电-气伺服阀内部流场进行数值模拟,分析不同阀口开度对应的射流角大小,得出高压电-气伺服阀在不同阀口开度时射流角有较大差异,小阀口开度时射流角大于69°,当阀口开度达到设计最大开度时射流角接近69°,但伺服阀在精密控制系统中主要工作在零位附近,此时阀口开度较小,因此不同开度对应稳态气动力均采用射流角为69°的经典理论计算会产生较大误差。关于阀口射流角的数值研究可为高压气动伺服阀的研制及高压气动技术的发展提供一定的理论基础。     

矿用水压先导阀阀口流量特性仿真研究

基于Fluent流场仿真软件,对一款新型矿用水压比例阀先导阀内部流场进行仿真研究。在相同计算环境下,分别对不同开口度及不同阀口压差下三维流场模型进行单相流及两相流稳态仿真,对结果进行对比分析,得到先导阀内部流场气体分布规律、气体对先导阀流量特性影响规律及气体对先导阀流量系数影响规律:相同压差条件下,随着阀口开度增大,流场气体占比减少,流量系数随之降低;相同开口度条件下,随着压差增大,流场气体占比增大,流量系数随之降低;研究不同背压下气穴分布情况;对阀口进行圆角结构优化,优化结构使得流量系数有所增加,说明圆角对流量特性有较大改善。     

基于FLUENT的梭阀稳态流场数值模拟

针对梭阀流场,运用计算流体力学基本理论建立梭阀内部流场的控制方程,利用Fluent软件对不同压力和开度下梭阀流场进行仿真,研究梭阀的速度和压力场的变化情况,分析梭阀的流量特性。研究结果表明:梭阀在不同的压力开度下的内部流场流流动平稳,流量特性曲线变化平缓,梭阀结构设计合理。研究结果可为梭阀结构的设计和优化提供一定参考。     

插装式四通整流阀流场仿真研究

介绍了一种用于单杆双活塞正位移式海水淡化能量回收装置的插装式四通整流阀。利用FLUENT流场仿真软件对四通整流阀的主流道进行了流场仿真,研究了其速度流线、静压及湍流动能在流场中的分布情况,分析了压降、压力波动、能量损耗、振动及噪声产生的主要原因。通过对四通整流阀的阀芯前端锐缘倒角进行圆角处理和加大阀口开度,使得阀腔内部及出口附近湍流动能减小,阀口处液流流速得到缓和,且压力损失明显降低。     

基于粒子群算法的滑阀节流槽优化设计

基于Fluent流场仿真分析软件,在定压差条件下,对带有单U形、斜U形以及V形基本节流槽的滑阀阀口开度-流量特性开展了研究,并将其与试验结果进行了对比验证,得出了U形类槽口随着阀口开度的增加流量梯度减小、斜U形类槽口随着阀口开度的增加基本保持不变、V形类槽口随着阀口开度的增加流量梯度增大的结论。基于上述研究,利用粒子群优化算法,得到满足定压差条件下阀口开度-流量特性要求的节流槽优化尺寸,并通过实例验证了优化结果。     

内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证

针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics,CFD)仿真研究中,采用单相流模型进行计算,忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响,仿真所得相对压力过低与实际不符的问题,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究内流式滑阀流场分布,分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案,测量得到阀芯壁面的压力分布,并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明:试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致,壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时,稳态液动力的方向为阀口关闭的方向,在阀口开度达到临界点时,稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量,得到的稳态液动力误差较大,且方向始终指向阀口打开的方向。     

液压滑阀内部温度特性的研究

在中、高压系统中,由于节流作用,油液流过滑阀的阀口时会发热使得油液温度升高,影响油液及系统的性能。针对油液流经节流口发热这一现象,进行了理论分析,并利用NHT(Numerical Heat Transfer,数值传热学)方法对滑阀内部的温度场和流场进行了三维数值模拟,对不同入口压力和阀口开度的滑阀温度场进行了解析。数值计算结果表明：油液流过节流口时温度升高主要源于黏性力做功导致的黏性耗散,且黏性耗散主要发生于阀口后方速度变化率非常大的涡旋区,并得出了工作压力和不同阀口开度对阀腔内温度场的影响,为滑阀设计提供了理论参考。     

液压阀非定常流场数值模拟及分析

为深入研究阀体内部流场结构,采用非定常数值模拟方法对某液压锥阀3种不同开度下的流场进行数值模拟,并对其进行对比分析。成功地捕捉到液压锥阀的非定常流场,液压锥阀中等开度下的流场呈周期性变化;保持进口流速不变,随着开度增大,阀芯所受压力逐渐减小,主流区宽度逐渐增大,角区漩涡面积增大,阀芯上部漩涡区逐渐减小。     

非全周开口的液压滑阀内部流场的CFD解析

对非全周开口滑阀内部流道进行了三维建模,并用CFD软件fluent对模型进行计算分析。研究发现滑阀阀腔内的流场在节流口前后变化较大,在阀腔和阀座的拐角处存在涡流,而增大阀腔内的压力可以减小涡流的形成。阀芯受到的稳态液动力随着流量的增大而增大,随着阀口开度的增大而减小。滑阀进出口的压力损失主要是由于油液在节流口处的节流特性引起的,而阀腔内部的涡流和油液的黏性摩擦引起的压力损失只占很小一部分。     

非全周开口滑阀稳态液动力研究

非全周开口滑阀是液压阀的基本结构形式之一,其阀口是在阀芯凸肩圆周上均布若干不同形状的节流槽,用于获得不同流量控制特性。随着阀口开度变化,阀口节流面的位置、形状和射流角都会随之变化,因而传统理论计算方法无法准确计算压力流量、液动力特性等。采用计算流体动力学(CFD)方法,针对两种典型节流槽形式的滑阀进行了三维流场仿真分析研究,获得了不同流动方向下阀口全行程压力流量和液动力特性,并与试验测量结果进行了比较,两者吻合良好;分析比较了流场计算和理论公式计算结果。研究发现在特定的阀口开度范围内,液动力会使阀口趋于开大。此项研究对于非全周开口滑阀压力流量、液动力等性能预测以及减小阀驱动力具有重要意义。     

基于CFD的大口径球阀流场的数值计算与分析

首先介绍了计算流体力学和数值模拟的相关理论,然后采用基于CFD三维流场分析的Fluent软件,结合实际工况,对不同开度下高压大口径球阀内部流场进行数值仿真与可视化研究,并得出了如下结论:球阀开度为20°时,球阀内部己形成了漩涡流动,回流区域控制了阀内和阀芯后的整个流场,但阀内部有较小的涡流产生;球阀开度大于80°时,整个流动区域漩涡流动近乎全部消失;在相同压差下,随着阀芯开度的增大,涡流尺寸都有明显降低的趋势;在球阀内部的流场中,由于过流面积的骤然减小,流体以很高的速度在球阀上部流过,尤其在直角处会产生很大的压降,从而产生较大的局部冲击力,对其接触的表面具有腐蚀作用。     

挖掘机多路阀回转联阀口流场仿真分析

针对挖掘机多路阀回转联阀口部位采用CFD仿真的方法对阀口流道进行数值模拟。在Fluent软件中采用基于压力基求解模型、绝对速度公式方法和Realizable κ-ε湍流模型对多路阀回转联阀口流场进行稳态数值模拟,分析不同阀口开度、入口速度和出口负载下的速度和压力仿真云图,得到具体影响效果,并进行了相关的试验。结果表明:阀口开度的改变会显著影响阀口处流体的速度场和压力场的分布,阀口对流体具有节流作用,阀口开度越小节流作用越大;入口速度的变化对流体的速度场和压力场的分布影响不大,但是会明显影响流体的速度, 而对于压力大小的影响较弱;在 Fluent 仿真软件中,当设定边界条件为速度入口和压力出口时,对于出口压力,只改变压力的大小,对压力场分布基本不产生影响,最后通过试验验证了仿真的正确性。     

甘蔗收获机多路阀阀芯的温升及热变形仿真分析

多路阀是甘蔗收获机械液压系统的核心元件,用于控制多个工作装置的协同作业。针对其阀口压差变化大,节流温升明显,易造成阀芯变形卡滞的问题,对多路阀阀芯进行了流固热耦合仿真研究。利用Design Model软件抽取对应流道,并建立不同开度的多路阀流场仿真模型,导入ANSYS Workbench平台进行不同工况下的流固热耦合仿真,分析对比了双U形和三角形节流槽在不同开度、不同进出口压差工况下,多路阀内部流场的流体速度、阀芯温度及变形的情况。结果表明：双U形、三角形节流槽阀芯最高温度始终在节流槽处;随着阀进出口压差增加,油液的最大流速以及两种节流槽型阀芯的最高温度和最大形变量增大,但三角节流槽型阀芯变形相对较小;随着阀口开度的增加,三角节流槽型阀芯温度及最大形变量均小于双U形节流槽阀芯;三角节流槽型阀芯的最大形变量较双U节流槽型阀芯小25.1%。为农业机械多路阀阀芯节流槽设计提供了理论依据。     

喷嘴挡板先导式燃气阀阀芯气动力分析研究

小型燃气开关阀用于控制射流燃气的通断,是飞行器姿态调整机构的关键部件。基于国内外燃气阀的研究,设计了一种喷嘴挡板先导式燃气阀。为研究燃气阀阀芯受力特性,通过动量定理分析得出阀芯所受气动力的主要影响因素为阀口和阀芯直径。实验验证了流场数值模拟的准确性;通过流场数值模拟得出了阀口开度越大阀芯所受气动力越大的结论,同时分析得出了结构尺寸对阀芯气动力具体影响规律为:阀芯直径越大阀芯所受气动力越小,阀口直径越小阀芯所受气动力越大。     

拖拉机电液比例提升阀静态特性仿真与试验

电液比例提升阀由定差溢流阀和二位三通比例节流阀组成。定差溢流阀使节流阀两端压差稳定,从而稳定提升阀的输出流量。在对比例提升阀建立静态仿真模型时,由于定差溢流阀与节流阀的阀芯节流口形状和流动状态较复杂,使用传统的液动力公式难以准确计算阀芯所受的稳态液动力,从而影响阀的静态性能计算精度。为了准确地通过计算获得比例提升阀的静态特性,采用Fluent软件进行流场仿真计算节流阀与定差溢流阀在不同阀口开度和压差下的稳态液动力数值,并对其进行插值处理得到阀口稳态液动力与阀口开度、压差之间的插值模型,再代入仿真模型中解得比例提升阀的静态性能。试验结果表明,稳态液动力采用流场仿真插值法所获得的静态性能仿真结果与试验结果具有很高的吻合度。     

插装型液压锥阀流场与气穴仿真研究

以插装型液压锥阀为研究对象,研究了几何结构参数及边界条件对锥阀流场及气穴现象的影响。按照实际使用中的插装型液压锥阀的参数,建立了锥阀的几何仿真模型,利用FLUENT软件多相流模型对插装型液压锥阀内的流场及气相分布情况进行了仿真计算,并与修改阀芯几何结构进行对比。研究表明:增大阀口开度,增大出口压力,并对阀芯结构进行修改后,插装型液压锥阀阀口气穴现象均可有效减弱。