基于Fluent的电磁卸荷阀主阀流场数值仿真分析

利用流体仿真软件Fluent建立了乳化液泵站电磁卸荷阀主阀的二维网格仿真模型,并利用建立的模型对主阀内的流体运动流场进行了仿真,得出在开口度不同以及压差不同时,主阀腔内流体的速度分布云图以及压力分布云图。通过分析得出：在一定条件下,主阀开口度越大,阀口拐角处的压力损失越少,流体流经阀口的流速越慢;流体的最大流速均出现在阀口处,主阀入口压力越大,流体流经阀口的流速越快。增加节流口,可减少工作介质对阀口产生的瞬间冲击、阀芯的振动、气蚀损害,可提高电磁阀的使用寿命。     

卸荷阀抗气蚀结构的参数协同匹配优化方法

针对矿用乳化液泵站卸荷阀的严重气蚀问题,基于多级节流和高压引流原则提出一种适用于高压大流量工况的卸荷阀抗气蚀新结构。选取阀口半锥角、高压引流孔直径作为优化设计变量,融合最优拉丁超立方设计（Opt LHD）及多岛遗传算法（MIGA）,通过结构参数的变参定量分析获得了各设计变量对阀口空化特性的影响规律,通过参数间的智能优化与匹配,实现以提高阀口抗气蚀性能为目标的参数协同匹配优化。结果表明,优化后的阀口压力梯度显著降低,出口流速下降33.5%,阀套壁面冲击速度下降42.9%,体积平均气相分数下降61.3%。实际应用效果也验证了该优化方法可有效地降低卸荷阀的气蚀损伤程度,对同类型产品的优化设计具有一定的参考价值。     

影响卸荷阀卸荷频率和负载端压力因素的仿真分析

电磁卸荷阀作为乳化液泵站中压力控制和过载保护的关键元件,对确保液压支架可靠工作,实现井下安全生产起到重要作用。为确保安全生产,常使机械式卸荷做为电磁式卸荷的备用方式运行。但经企业试验发现,当卸荷阀处于机械式卸荷工况下,卸荷阀寿命较短,且系统平稳性较差。AMESim仿真表明:卸荷阀出口背压和主阀半锥角主要影响卸荷频率;导阀座直径主要影响卸荷频率和负载端压力波动范围。故合理选择出口背压、主阀半锥角和导阀座直径对泵站的节能减震均有一定帮助。     

基于节流-分流耦合的高压高速节流口空化抑制方法

开展高压高速节流口的空化抑制方法研究是提升阀的寿命和可靠性的关键环节。针对高压高速节流口空化破坏严重的问题,提出了一种基于节流-分流耦合的空化抑制方法。该方法采用多级节流的方式,实现阀口压降的多级承担,有效减小阀口压力梯度并降低流速;通过在阀出口采取多排孔分流的方式,改善流线布局,减少流体冲击。以电磁卸荷阀为例,分析卸荷阀动态性能,获得高压高速节流口实际工况,开展高压高速工况下节流口流体仿真。仿真结果显示,相较多级节流方式和多孔分流方式,所提出的方法可显著改善流场的压力和流速分布,实现了阀口空化现象的有效抑制。     

结构参数对泵站卸荷阀影响的仿真及分析

针对矿用乳化液泵站卸荷阀的结构及工作原理,建立常微分数学模型,通过静态分析确定影响卸荷阀性能的结构参数。使用Runge—Kutta法对模型求解进行仿真,分析不同结构参数对卸荷阀特性的具体影响。结果表明:主阀芯阻尼孔长径比、主阀芯控制腔体积、先导阀口与控制活塞面积比、调压弹簧刚度、主阀芯上下腔面积比是影响泵站卸荷阀性能的5个关键结构参数,合理匹配各参数之间的关系,可以提高泵站卸荷阀的性能。     

全电控正流量液压挖掘机启动压力冲击研究

针对全电控正流量液压挖掘机执行机构启动阶段压力冲击较大的问题，对正流量液压系统中位卸荷阀阀口开度、主阀阀口开度、正流量泵输出排量之间的匹配特性进行研究。建立了卸荷阀阀口开度、外负载力、泵口输出流量之间的数学模型，提出了启动阶段卸荷阀阀口开度、正流量泵输出排量、主阀阀口开度之间的匹配原则，并在高精度机电液联合仿真平台上进行验证。结果表明：挖掘机执行机构在启动阶段的压力冲击减小30%以上，执行机构启动平稳性显著提升。     

气动电磁微阀的仿真研究

提出一种可用于气动微流控芯片气压控制的电磁致动微阀,阐述了微阀的工作原理与结构,利用Fluent软件嵌入UDF函数对几种不同阀口开度下流场分布特性进行了仿真分析,给出了不同阀口开度下流场速度、阀口前后压力变化以及微阀的出口流量特性分析结果。     

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。     

基于CFD多路阀主阀芯建模仿真

利用Fluent软件对多路阀主阀芯其中一联的内部流场进行仿真,分析不同阀口开度对流场内流体速度情况的影响,并模拟出阀口开度——流量曲线,为内部流场特征提供预测依据。     

节流阀小开度下空化特性的数值分析

基于计算流体动力学方法,数值研究了节流阀开度变化对节流阀内压力场、速度场及空化区域的影响。结果表明:随着开度的减小,下游槽(尤其是节流口处)流体的流速会迅速增大,空化区域逐步增大且空蚀程度逐渐加深,但当开度很小即节流阀阀口接近于闭合时,空化程度反而减弱,且空化区域向节流口移动。此外,阀内压力较大的区域位于上流道,压力较小的区域位于下流道,随着开度的减小,阀内的低压区逐步向阀口处转移。     

旋转式换向阀非定常空化流动特性研究

针对旋转式换向阀空化现象会导致噪声及其性能恶化,进而影响液压激振系统的问题,对旋转式换向阀非定常空化流动特性进行了研究。利用SolidWorks软件建立了阀口的三维模型,利用前处理软件ICEM对几何模型进行了网格划分及边界条件的设置;借助Fluent软件中的Mixture气穴模型和RNG湍流模型,建立了流场数学模型,采用滑移网格技术对阀口空化流动进行了数值模拟;探究了不同开度下旋转式换向阀压力场、速度场以及气穴分布的变化趋势。研究结果表明:开度的大小会影响阀口的压力场和速度场的分布,阀芯沟槽极易出现漩涡,并且开度的变化会影响漩涡的大小;空化区域的分布也会随阀口开度的变化而变化;最大气体体积分数随入口压力和阀芯转速的增大而增大,随背压的增大而减小。     

水液压节流阀流场仿真及与AMESim仿真的比较分析

为了对纯水液压节流阀的流场特性进行分析,建立了节流阀流道内流场的Fluent模型,仿真分析得到了流道内流场的速度、压力等物流量的分布。结果表明,阀腔内会产生回流和漩涡,随着阀口开度的改变,漩涡强度也会发生变化,流量与阀口开度呈一定的线性关系。通过与AMESim仿真结果进行比较,验证压电驱动节流阀仿真模型的准确性,为节流阀的设计和性能优化提供了依据。     

锥阀典型面密封结构空化喘振数值仿真研究

针对锥阀典型面密封结构中的空化流场进行了数值仿真研究,基于LES湍流模型、mixture多相流模型与Schnerr-Sauer空化模型,研究复现了阀口大尺度空穴。研究表明:面密封结构易导致流束内收缩效应,形成流束外扩与阀座壁面贴合的固定漩涡,进而诱导固定空化的形成。固定空化在恒定的入口压力条件下表现出尺度周期交变的喘振特性。出口压力条件不改变空化喘振频率,但出口压力越小喘振幅值越大。开度增大导致空化尺度先增大后减小,故喘振幅值先升高再下降;同时导致空化发育速度变慢,喘振频率下降。可依据对喘振特性的预测设置蓄能装置,实现更优的空化喘振削弱效果。     

基于AMESim的某型卸荷阀的仿真研究

以某一型号合流卸荷阀为例,在分析其结构特点与工作原理的基础上,运用AMESim软件搭建了其仿真模型,对该合流卸荷阀进行动态特性仿真并进行试验验证,通过试验与仿真结果的比较验证了仿真模型的正确性,同时说明该卸荷阀具有压力超调量小与卸荷压力小的优点,最后在AMESim平台上运用遗传算法优化原理对主阀参数进行优化,优化后的仿真结果表明卸荷压力有所减小,通过该项研究可以为该型卸荷阀的优化设计提供一定的参考作用。     

基于Fluent滑动网格对非全周开口滑阀阀口空化现象的研究

该文主要研究了湍流方程黏度修正函数、流体湍动能、油液流动方向、阀口开启行为对于阀口空化现象的影响以及空化现象对于阀口输出质量流量的影响。该文以滑阀非全周阀口中的K型阀口为研究对象,利用Fluent滑移网格模型、Zwart空化模型和黏度修正函数、湍动能修正函数展开该文的研究。研究结果表明:湍流方程黏度项修正后,阀口近壁面处出现了速度更大、范围更广的回射流,进而改变空泡形状;考虑湍动能在空化现象的影响后,计算域内的空化量会增加;油液流动方向不仅会影响阀口空化的形态,空化发生的位置也会影响阀口输出的质量流量大小;当空化发生在节流槽内部时,空化气体会堵塞阀口降低阀口的有效过流面积,进而影响阀口的输出流量;阀口开度的变化会影响空化发生的位置数量以及强度;由于气液两相的密度差异,空化的不稳定性会影响阀口输出流量的不稳定性。     

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V形阀口漩涡空化数值仿真分析

使用大涡模拟法(LES)模型、Mixture多相流模型及Schnerr-Sauer空化模型对滑阀V形阀口空化流场进行了数值仿真模拟。分析了V形滑阀在不同出口压力下的速度云图、压力云图和空穴形状,讨论了其中空化产生机制。结果表明:V形滑阀中空化主要分布在阀口上半部分和阀口后的阀腔中,阀口中的空化由流体漩涡运动的低压引起,阀腔中的空化由流体漩涡运动造成的压力脉动引起;无空化时阀腔中各处压力脉动主频一致,主频随入口压力降低而增大,空化出现后会破坏压力脉动的周期性。     

某电液比例负载敏感多路阀滑阀的CFD数值研究

以LBF20型电液比例负载敏感多路阀的滑阀阀芯为研究对象,分析该电液比例负载敏感多路阀的工作原理及流量压力特性,建立以滑阀阀芯为中心的装配体,再通过CFD软件Fluent对三维流体域进行仿真,分析了不同阀口开度下流体域的速度、压力。研究表明:当进口速度与出口压力恒定时,随着阀口开度的增加,阀口处的最大速度值、最大压力值、进出口压差、射流角均逐渐降低;当进出口压差恒定时,随着阀口开度的增加,通过滑阀阀口的流量增加,流体域内压力变化梯度减小,减小了漩涡产生的可能性。研究结果对电液比例负载敏感多路阀系统的性能和结构优化具有指导意义。     

2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究

为研究双自由度（2D）伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响,运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明,在出口压力低于1 MPa时,阀口处会出现气穴现象,且因气穴指数σ较小,故在弓形感受通道会出现气泡现象,出口压力高于5 MPa时,无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在;随着入口流速增加,阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加;在出口压力0.1 MPa情况下,随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明,2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴,对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。     

基于流固热耦合的负载敏感多路阀仿真研究

由于多路阀内部流量大、压力高,且流道结构复杂、节流温升大,会造成阀芯发生变形而引起卡滞现象,为此,对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真研究。首先,利用AMESim和UG软件对负载敏感多路阀进行了建模;然后,利用ICEM对流体域及固体域进行了网格划分;最后,采用ANSYS Workbench平台,在不同工况下对多路阀进行了流固热耦合数值模拟仿真,分析了不同工况下多路阀流场内流体速度、压力分布、节流温升、气穴气蚀以及阀芯变形的情况。研究结果表明:阀芯与油液接触的区域温度受影响较大,而远离油液的区域阀芯温度变化不明显,在油液温度影响下,阀芯上节流槽区域发生膨胀变形,说明节流温升对阀芯的影响主要集中在节流槽附近区域;当主阀口开口度较大,压力补偿器开度较小时,阀内易出现气穴,产生气蚀现象,节流槽处温升非常明显,阀芯变形量较大,容易引起卡滞现象;该研究结论可为多路阀阀芯的结构设计提供理论支撑。