液压锥阀的气穴研究

本文分析和研究了液压锥阀阀口的气穴现象,主要对液压锥阀中产生气穴的状况、气穴与阀口形状的关系,以及锥阀中气穴产生的界限进行了研究分析。     

基于CFD的液压锥阀内部流场的数值模拟分析

液压锥阀是流体传动与控制技术中重要的基础元件,锥阀内的流场特性直接影响阀的性能.按照实际使用中的插装型锥阀的参数,建立了锥阀的三维几何模型,利用CFD软件对流体在锥阀内的流动状态进行了仿真计算和可视化分析.在对锥阀内部流场的仿真过程中,使用了自适应网格技术,有助于提高解的精度.所得结果为阀的设计和性能优化提供一定的理论依据.     

锥阀密封结构的静态接触分析

介绍了液压领域里常用锥阀密封结构的接触密封机理,通过研究接触问题的非线性有限元理论,运用大型有限元软件ANSYS对锥阀密封结构进行了静态接触分析．分析结果表明,在1～25MPa范围内的密封压力状态下,锥阀的接触应力在材料的许用应力范围以内．经实验验证,该锥阀结构的密封性能良好,分析所得阀芯应变量与实验实测数据基本一致,说明该有限元分析准确可靠,也为锥阀在接触密封领域中的设计及应用提出了一种新的可靠分析方法．     

水压直驱式高速开关阀动态特性

针对水压机器人关键控制元件,提出了一种音圈电机直接驱动式水压高速开关阀,并对其结构工作原理进行了介绍,运用AMESim仿真软件建立了水压高速开关阀数学模型,利用AMESim批处理方法分析了阀芯直径、阀孔直径和阀芯半锥角等关键结构单参数对高速开关阀动态性能的影响,并基于遗传算法对开关阀的动态特性进行了多参数影响变化研究,最终确定了开关阀的最优结构参数,为其动态性能的提高提供了理论依据.最后在仿真模拟的基础上研制了水压高速开关阀样机,并对其进行了动态性能试验研究,其开启响应时间为7 ms,关闭响应时间为9 ms,通过理论和试验的对比分析,验证了所研制的水压高速开关阀动态性能满足预期技术要求.     

锥形单向阀振动特性的数值仿真分析

针对空调系统中单向阀啸叫这一流致振动问题,基于简化的稳态液动力模型和瞬态液动力模型建立了锥形阀阀芯的动力学方程,并利用MATLAB进行了数值仿真.讨论了锥形单向阀的流量和其脉动频率以及阀的结构参数包括弹簧刚度、阀芯锥角和阀芯质量对阀芯趋于稳定时的开度以及趋于稳定所需时间的影响,以期为空调单向阀的设计提供动力学依据.     

关于锥阀流体力补偿的研究——突缘结构对流体力补偿效果

为了解决锥形阀的流体力的补偿问题,一些带有各种补偿结构的锥形阀广泛地应用在液压装置中、本文通过改变所设计的锥形阀的顶角、补偿结构的突缘外径、突缘与阀座间的距离、下流阀室内的开扩角等有关参数的大小的实验中、清楚地探明了在外向流及内向流情况下,上述有关参数对锥形阀的流量特性、锥形阀的轴向特性、气穴产生的界限及其噪声等方面的影响程度。从而为开发高性能的锥阀提供了大量的实验数据和可取的锥形阀的形状,并且在理论上也进行了充分而深刻的分析。     

背压差影响下压力旋流式喷嘴喷雾性能的实验研究

为了研究背压差对压力旋流式喷嘴雾化性能的影响规律,实验分析了背压差对压力旋流式喷嘴喷雾形成雾滴的索特尔平均直径(Sauter mean diameter,SMD)、雾滴速度以及喷雾锥角的影响以及SMD、雾滴速度在雾场轴向和径向的分布特性.结果表明:随着背压差的增加,喷雾锥角和雾滴速度随之增大,而SMD不断减小.背压差分别高于0.32、0.30 MPa时,SMD、雾滴速度和喷雾锥角的变化率均小于5%.当背压差为0.30 MPa时,随着轴向距离的增大雾滴速度减小,而SMD呈先增大后减小的变化趋势;SMD和雾滴速度随着径向距离的增大而增加.     

半锥角与螺旋轴流式混输泵性能间关联性研究

以自主研发的YQH-100螺旋轴流式油气混输泵的单一压缩级为研究对象,采用Mixture混合模型和标准k-ε湍流模型,对混输泵动、静叶轮毂半锥角为4.08°至12°的9种方案,在含气率为0、10%、30%、50%、70%的5种工况下进行数值模拟,因模拟结果相近,本文选取混输泵轮毂半锥角为4.08°、6°、8°、10°、12°的5种方案下的模拟结果进行阐述。结果表明:随着轮毂半锥角的增加,动叶扬程先降低后升高,静叶水力损失不断增大,混输泵扬程呈现先下降后升高再下降的过程,轴功率逐渐下降,效率逐渐升高; 不同轮毂半锥角的混输泵在各含气率下,扬程最大差值平均为3.04 m,效率最大差值平均为7.24%;半锥角增大动叶出口回流量减少,动叶内气相分布更加均匀,静叶流道内旋涡增多。     

基于正交试验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

基于正交实验的壅塞空化器数值试验

影响空化强度的因素较多,如空化器结构形状与参数的不同组合,系统水力参数的不同组合,以及它们之间的相互匹配等。基于正交试验的方法,利用Fluent软件对不同结构参数和水力参数的壅塞空化器进行数值模拟试验,建立在不同参数组合下以壅塞空化器内空隙率和背压力为特征的正交试验评价指标,研究各因素对壅塞空化器空化强度的影响程度。结果表明:影响空化强度的因素从大到小依次是流量Q、背压Pb、入口锥角、壅塞管直径d和长度L,最优壅塞空化的参数组合是流量为2.0 m3/h、背压为70 k Pa、入口锥角为35°、壅塞管直径为10 mm和长度为50 mm。     

Flow and cavitation characteristics of water hydraulic poppet valves

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控制阀的流量自感知及其在外泄漏自感知中应用

控制阀的外泄漏会造成物料损失,污染环境,甚至还会造成严重事故。利用控制阀外部的传感器来测外泄漏的传统方法低效,属于事后检测,使外泄漏事故得不到及时处理。为了实现控制阀外泄漏的快速自动检测,本文提出一种便于在工业现场实施的基于控制阀流量自感知的外泄漏检测方法。根据被控流体压力、控制阀开度等数据,建立控制阀的流量自感知模型,使控制阀具有流量自感知的能力。如果没有外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由出口流出的流体质量相等。如果控制阀发生外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由控制阀出口流出的流体质量不等,同时由于控制阀出口的流体质量减小,导致控制阀出口的压力等参数发生变化。为了恢复刚才泄漏前的稳态,闭环控制器向控制阀驱动器发出调节指令,增大阀门的开度,增加控制阀入口流量,以抵消外泄漏造成的影响。在相同的开度增量条件下,外泄漏引起的流量增量与正常操作所引起的不同。在实施控制阀的泄漏自感之前,根据平时正常的工况,预先确定各开度条件下的质量流量的名义最大值。根据流量自感知模型的质量流变化率和名义最大值,阀门控制器内嵌的泄漏诊断程序可实现外泄漏的自诊断,并发出外泄漏故障信号。此外,带流量自感知模型的控制阀,能当流量计用,可省掉管路中的流量测量设备。研究结果证明了所提出的外泄漏自感知方法的有效性。     

高速射弹并联入水过程空泡演化特性试验

为研究多射弹并联入水时多空泡演化特征,首先设计了可用于双射弹水平高速入水的发射装置,通过试验验证了该系统的可行性;然后基于该系统进行了不同空化器直径、径向间距的双射弹并联入水试验,利用高速摄影技术采集到双射弹在并联入水运动过程;最后对采集到的运动序列图片进行数据分析,得到双射弹在并联入水过程中的双空泡演化规律,揭示了射弹并联入水过程中空泡之间的耦合演化机理. 试验结果表明: 高速射弹并联入水过程中,其空泡演化过程存在穿越、吸引及截断3种典型现象;空化器直径与射弹径向间距均是影响双空泡耦合特性的重要因素.相同射弹径向间距时,随着射弹空化器直径减小,双空泡之间的耦合程度减弱,完全穿越转变成部分穿越现象;相同的空化器直径时,随着双射弹的径间距增大,射弹的脱落空泡之间的吸引现象逐渐减弱,但是脱落空泡的偏移幅值随着径向间距的增大呈现先增大后减小的变化趋势;当双射弹存在前后距离时,先发射弹易出现空泡的截断现象.随着轴向间距增大,截断现象将减弱.根据独立膨胀原理可知,相同条件下射弹前后间距减小时截断现象亦将减弱.     

Structure Optimization and Performance Analysis of a Multiple Radial Magnetorheological Valve

Due to the controllable and reversible properties of the smart magnetorheological (MR) fluid,a novel multiple radial MR valve was developed.The fluid flow channels of the proposed MR valve were mainly composed of two annular fluid flow channels,four radial fluid flow channels and three centric pipe fluid flow channels.The working principle of the multiple radial MR valve was introduced in detail,and the structure optimization design was carried out using ANSYS software to obtain the optimal structure parameters.Moreover,the optimized MR valve was compared with preoptimized MR valve in terms of their magnetic flux density of radial fluid resistance gap and performance of pressure drop.The experimental test rig was set up to investigate the performance of pressure drop of the proposed MR valve under different currents applied and different loading cases.The results show that the pressure drop between the inlet and outlet port could reach 5.77 MPa at the applied current of 0.8 A.Furthermore,the experimental results also indicate that the loading cases had no effect on the performance of pressure drop.     

Study of the phase-change coefficients of the cavitation model in cavitation flow fields generated from cone cavitator

The influence of phase-change coefficients variations in the Singhal cavitation model on the calculation results has been numerically studied. By comparing the numerical results and experimental data, the relationship between the coefficients and cavitation numbers is obtained. The calculation results of 2d axisymmetrical cylinder with 45-degree cone cavitator show that under different cavitation numbers, there are three typical kind of cavities, which are respectively main cavity, secondary cavity and rear cavity. The coefficients variations have a great influence respectively on the three type cavities in shape, collapse position, collapse strength, etc, and different cavitation numbers are corresponding to different phase-change coefficients. The cavitation flow field can be divided into three typical zones according to the cavitation number: weak-cavitation zone, secondary-cavitation zone and supercavitation zone. For 45-degree cone cavitator cylinder, the evaporation coefficients will firstly decrease and then increase with the decrease of cavitation numbers in secondary-cavitation zone, while the condensation coefficients keep relatively lower and almost unchanged. In weak-cavitation zone, there only exists the smaller main cavity attached to the model head or there is no obvious cavity. In supercavitation zone, the secondary cavity attached to the model will fall off and merge into the new rear cavity.     

超声辅助抛光流场规律CFD仿真分析

为探究超声辅助抛光的作用机理,利用FLUENT非稳态动网格湍流和离散相模型并结合mixture的空化模块,仿真分析不同超声振动参数对流场绝对压强、流速和气含率分布的影响以及各参数间存在的相互作用规律.仿真结果表明:超声空化作用主要集中在试件正下方的小范围区域内,即试件的有效加工区域,进而可以确定流场所需最小膜厚;流场绝对压强、速度等参数一个周期内出现两次峰值,周期内气泡长大后受压溃灭过程分为两个阶段,表明超声振动下流场存在二次空化现象,二次空化在抛光过程中强化了空蚀效应;周期变化过程中,流场同一位置的不同参量、同一参量在不同位置与超声的周期性振动间均存在不同程度的滞后现象;超声振动使流体内产生超声纵波,遇到抛光盘发生反射并伴随半波损失;膜厚足够大时,则会形成驻波,试件表面处振幅最大,有利于提高超声辅助的抛光效果;利用有效加工区域和驻波现象可以使试件加工效果达到最优,二次空化和滞后现象有助于揭示超声辅助抛光过程的作用机制和规律.     

Effect of Radial Resistance Gap on the Pressure Drop of a Compact Annular-Radial-Orifice Flow Magnetorheological Valve

A compact annular-radial-orifice flow magnetorheological (MR) valve was developed to investigate the effects of radial resistance gap on pressure drop. The fluid flow paths of this proposed MR valve consist of a single annular flow channel, a single radial flow channel and an orifice flow channel through structure design. The finite element modelling and simulation analysis of the MR valve was carried out using ANSYS/Emag software to investigate the changes of the magnetic flux density and yield stress along the fluid flow paths under the four different radial resistance gaps. Moreover, the experimental tests were also conducted to evaluate the pressure drop, showing that the proposed MR valve has significantly improved its pressure drop at 0.5 mm width of the radial resistance gap when the annular resistance gap is fixed at 1 mm.     

管道中流固耦合作用下的活门运动分析

为了探索管道中活门在管道流体压力作用下的运动规律和运动机理，对管道中流体与活门的流固耦合问题进行了理论分析与数值模拟.通过推导二维不可压缩流场中的任意拉格朗日欧拉(ALE)控制方程组，得到改进的ALE法.在模拟的过程中考虑了重力的影响，采用Gap条件来模拟活门的关闭，给出了一种特殊的网格划分方法，在活门即将关闭时, 保持大部分流体网格有较小纵横比.模拟结果表明，管道中的活门在关闭过程的起始阶段有小回摆，整个关闭过程中存在振荡，活门结构本身是一个摆.在重力场影响下，若活门初始开启角度过大，则关闭困难.     

倒锥形芯棒拉拔内螺纹管工艺的实验研究

对内螺纹管拉拔过程中内凸筋成形机理和形状畸变机理进行了进一步研究，提出了倒锥形芯棒拉拔内螺纹管工艺，并且对芯棒倒锥角和芯棒长度对凸筋高度、畸变程度以及拉拔力的影响规律进行了实验研究．研究结果表明，随着芯棒倒锥角的增大，凸筋两侧的形状畸变减小；芯棒长度增加，内凸筋受力例壁与芯棒沟槽侧壁的接触面积增加，可以承受阻碍芯棒旋转的摩擦阻力距而不发生形状畸变。