锥形节流阀中背压对空化流场的影响

对锥形节流阀进行了流场模拟及其特性研究,分析了流道背压对锥形节流阀流道内压力、速度和空化区域分布的影响。研究结果表明:锥形节流阀阀腔内节流口后部区域,流体流速增高、压力降低,是空化发生的主要区域。随着背压的减小,空化区域不断增大,空化强度增强。背压越小,空化区域越靠近阀座壁面,空化强度越大。研究结论可为工程人员设计高性能液压阀提供了理论依据。     

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。     

小开度节流阀流场特征及空化流动的数值分析

基于两相空化流动的控制方程和湍流模型,对节流阀在小开度下的流场特征及空化流动进行数值分析。结果表明:流体在流经节流口时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。当节流阀出入口压差增大时,出口边界流速明显提高,出口两侧的流速差异更加明显,且在低速流一侧形成涡流。并且,出入口压力差的增加、阀门开度的减小会导致空化区域扩大,强度增加。研究成果可为节流阀的后续优化设计和操作提供理论依据。     

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。     

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。     

节流槽形式对滑阀空化流场的影响

为了提高采煤工作面液压支架推移拉架准确度,降低空化现象对控制滑阀性能的影响,采用Pumplinx建立了不同节流槽形式下滑阀内部流体域动态模型。仿真分析了不同节流槽形式滑阀在不同开度时,压力场和空化分布以及气体体积分数的变化趋势。结果表明:不同节流槽形式对滑阀内部的压力分布和空化分布具有不同的影响;气体体积分数随着阀口开度的增大,呈现先稳定波动然后陡增最后在阀口完全开放后迅速降低的现象;交错分布形节流槽空化剧烈起始位置为4.5 mm,最大气体体积分数约为0.12,相较于其他槽形明显降低。     

高压节流阀节流特征及流固耦合失效分析

以川东北地区高压裂缝性气藏开发钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,分析开度与节流面积、节流压降、流体速度的关系,并依据伯努利方程建立节流压降与开度、流体密度、进口流量的数学模型,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对所述条件下的节流阀内部流场和阀芯应力分布对比分析。结果表明,楔形节流阀节流能力随开度的增大迅速减小,随流体密度、进口流量的增大而增大,在一定开度下,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯变径台阶面与轴销连接孔位置处出现应力集中,同时阀芯节流面附近有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效;当开度较小时,节流效果显著,含固相颗粒的流体容易造成节流阀堵塞,且高速流体对阀座冲刷引起刺漏,该分析结果与现场节流阀失效情况十分吻合。     

2D阀先导级气穴特性的可视化实验

二维(2D)阀的阀芯具有周向转动和轴向移动的2个自由度,可实现先导控制和功率放大。其先导级阀口因节流会产生气穴,引起阀芯振动并伴有噪声,直接影响阀的稳定性。为研究2D阀先导级处气穴现象及其影响因素,开发了一套可视化实验装置,结合两相流仿真研究,验证了气穴现象与阀口开度、敏感腔体积、节流口形状、入口压力关系密切。结果表明：2D阀先导级高压节流口处的气体体积随阀口开度的增加而减少,直至消失;随入口压力增加,气体体积的变化近似呈线性增长趋势;随着敏感腔体积的增大而显著增加,平均增长速度达62%,且气体分布变得不规则;矩形节流口比弓形节流口处的气穴受入口压力等因素的影响较大,弓形节流口在入口压力增加时,气体体积增量仅为矩形的8%;同时发现,随着气体在感受通道内的扩散,气体边界从最初的类矩形变成多段不规则形状。     

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。     

液压滑阀全寿命周期冲蚀磨损量特性分析

满足油液清洁度要求的液压油中仍存在固体颗粒物，这些固体颗粒在油液带动下会撞击滑阀空间流道，使滑阀产生冲蚀磨损，导致其性能退化。针对上述问题，结合计算流体力学与冲蚀理论，进行了滑阀磨损过程的数值模拟，得到滑阀全寿命周期磨损规律：滑阀的进出口压差增大，使颗粒的撞击速度和颗粒流量增大，加剧了滑阀磨损；阀口开度增大，节流口处从层流转变至湍流，同时也增大了颗粒流量，使滑阀磨损程度增大，且在不同阀口开度下，滑阀的磨损区域不同；同一节流口处，不同的油液流向，节流边两侧的磨损程度不同；节流磨损轮廓表明，阀芯的径向磨损和阀套的轴向磨损会导致滑阀控制性能下降，且阀芯的磨损较阀套更严重。     

V型液压阀口节流特性多目标优化

提出了用来衡量V型节流阀口节流特性指标:等效水力直径曲线Dh2的斜率dV2、阀口压降分配系数k、节流空化指数曲线σ2-X的值σ2A1in、σ2A1out。利用正交试验设计结构参数样本,运用模糊隶属度分析方法得到了节流特性较优的节流阀口结构参数组合。与初始的节流阀口结构相比较,其中dv2相对初始结构提高了177.19%;阀口压降分配系数k增加了149.98%,使阀口压降过分集中得到了缓解;空化集中截面A2附近的空化指数σ2A1in,σ2A1out分别下降了0.31%和14.99%,在一定程度上减轻了V型节流阀口的空化现象。     

孔隙高速流动中的气穴观测与噪声特性

为研究阀口高速流动中的旋涡空化机理及其与噪声特性的关系,运用高速摄像、噪声频谱分析等手段对典型阀口孔隙节流处的流场及流动现象进行分析.利用高速摄像机在微距模式下对阀口流场进行观测,最高拍摄速度达120 000幅/s.研究发现空化的产生与流动分离受背压的影响最为明显,进口压力对气穴形态及噪声影响次之;孔口较深时,不同流动参数下气穴初生的位置始终位于节流边与孔壁相交的锐缘区附近,随着阀口开度的变化,初生位置稍有变化.频谱分析同时表明,气穴的形态和尺度是影响噪声的最重要因素之一.     

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。     

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。     

煤液化调节阀流场演变特性的测试与分析

利用粒子图像测速技术（particle image velocimetry,简称PIV）和涡量分析原理对调节阀不同工况下的流场信息进行测量,研究了进口压力对液压调节阀速度场、涡量场及湍动能的影响。结果表明：调节阀节流口处有对冲射流,其在阀芯头部下游汇合后形成向下游的整体喷射;节流口下游的油液轴向速度先减小后增大,在喉部末尾处附近趋于稳定;在靠近壁面区域油液径向流动速度都较低,在流道中心区域流动速度较高;阀芯头部和下游流道存在由速度梯度引起的介质回流旋涡,高涡量区域主要分布在阀芯头部和壁面处,强的正涡与负涡呈2条斜形宽带分布;阀芯头部为高涡量区且具有贴壁特征,壁面附近高涡量区向下游延展;随着调节阀进口压力的增大,阀口流量、流场高速分布区域、旋涡的强度和尺度以及湍动能均随之增大。     

减振器节流阀非线性特性的有限元模拟分析

探讨汽车筒式液阻减振器节流阀非线性动态特性的有限元分析方法。利用ADINA有限元分析软件分别建立板阀型节流阀的结构动力学模型和流体动力学模型,并利用其液一固耦合分析模块,对此耦合模型进行瞬态响应分析,得到阀的非线性节流特性、阀板的动态运动响应以及节流阀内流场特性。模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性,节流阀在工作时开度很小,液体压力场具有强不均匀性,液体对阀板的作用力也具有不均匀性,板阀型预载阀的节流特性接近于线性,节流通道在大流量下对节流阀的特性有较大影响,     

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。     

二级节流阀口空化特性表征研究

探讨了二级节流阀口空化概率的表征,并在经典空化数σ基础上提出了适用于二级节流阀口空化剧烈程度表征的空化指数计算式。在节流阀口空化表征基础上研究了U形和V形节流阀口的空化特性曲线,得出如下结论：U形和V形节流阀口的空化气蚀剧烈区始终集中在较小过流截面A2上,并且当阀口体积流量方向反转时节流空化特性表现出明显差异;当流体流入过流截面A1时A2截面上的空化指数要大于流体流出过流截面A1时A2截面上的空化指数,从宏观上则反映为流入截面A1时的体积流量要小于流出A1时的体积流量。     

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。     

抑制调节阀流场空化的响应面结构优化

调节阀流场空化现象会产生空化振动和噪声等不良影响。优化阀内件的结构,抑制流场空化是设计高端调节阀的重要环节。为了实现调节阀内流场的逐级降压,减小空化现象的产生,设计了一种多级降压调节阀的外层套筒和笼式阀座。采用Fluent软件对阀内流场的流动特性进行数值模拟,得到流场压力、流量和气体体积分数的分布规律。采用循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了数值模拟的可靠性。通过Box-Behnken响应面优化方法探讨外层套筒和笼式阀座节流孔孔径、孔数及其交互作用对流场空化的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响调节阀流量特性的条件下,70%开度时,优化阀内件参数后,最大气体体积分数从0.88下降到0.19,有效地抑制调节阀内流场空化现象。