基于CFD的液压锥阀开启过程流固耦合分析

液压锥阀广泛应用于液压系统的流量、方向控制当中,其开启过程的性能尤为重要。基于动网格技术和流固耦合理论,建立了液压锥阀开启过程的三维流固耦合数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。得到了液压锥阀阀芯的运动情况,对比了阀芯稳态位移仿真值和理论值,仿真值与理论值较吻合;在此基础上,得到了液压锥阀开启过程瞬时的流场、阀芯应力分布规律,并分析了阀芯所受应力集中区域应力数值随时间的变化情况,为液压锥阀的设计及优化提供了依据。     

基于CFD的某滑阀阀芯动态特性研究

基于CFD和动网格技术,建立了具有圆弧倒角的液压滑阀动态特性分析的三维数值模型,对其在弹簧力、驱动力及流体力共同作用下的开启过程进行了动态模拟。分析了不同弹簧刚度下,液压滑阀开启过程中阀芯位移、所受的冯.米塞斯应力和瞬态液动力的变化情况,得到了弹簧刚度对液压滑阀阀开启过程中阀芯位移、所受的冯.米塞斯应力和瞬态液动力的影响规律,为液压滑阀的设计及优化提供依据。     

基于动网格的液压锥阀动态特性研究

采用动网格技术建立了液压锥阀动态特性分析的三维数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。分析了不同弹簧刚度下,液压锥阀开启过程流量和瞬态液动力的变化情况;对比了仿真得到的稳态流量、稳态液动力与理论计算结果,仿真值与理论值较吻合;得到了弹簧刚度对液压锥阀开启过程中阀芯位移、速度以及加速度的影响规律。仿真结论可以为液压锥阀的设计及优化提供依据。     

节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响

液压滑阀是液压系统中的关键控制部件之一,其结构简单可靠,易于实现流量、压力控制。但是运行过程中由于热负荷产生的微小变形会导致阀芯卡滞现象的出现。当阀芯发生卡滞现象时,可能会严重降低液压阀的精度和灵敏度。基于热-流-固耦合模型,分析了节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响。首先建立了阀内固定开度流道模型,计算获得了不同节流槽形状下阀内流动特性;其次,将流体分析得到的温度场信息作为边界条件加载到热分析中,得到阀芯上的温度分布特性;最后研究了不同节流槽形状下阀芯间隙的变形量,分析阀芯卡滞的变化,为减小阀芯卡滞措施的研究提供参考。     

液压滑阀阀芯温度场的流-固-热耦合研究

针对液压滑阀在中高压系统的使用过程中,黏性热效应使得油流温升显著,阀芯受热膨胀而出现磨损甚至卡紧,导致液压滑阀失效的现象,建立了液压滑阀的计算流体力学三维模型,从不同开口度、不同槽口深度和宽度三方面进行流场和温度场的耦合分析,得到液压滑阀的最高流速和最高温度大小和区域的分布情况,以及阀芯和阀套的径向变形量,为液压滑阀卡紧机理分析提供了强有力的支撑和参考。     

基于COMSOL的滑阀流固耦合共轭传热仿真研究

液压滑阀在工作过程中常常因黏性加热而出现阀芯热卡紧现象,基于流固耦合共轭传热方法,运用COMSOL软件对滑阀内的热-流-固多物理耦合场进行数值计算。结果表明:高温主要集中在速度梯度较大的区域以及受高速油液冲刷的节流槽壁面,由此产生的阀芯节流槽区域径向不均匀环状凸起变形可能直接导致阀芯卡紧;阀芯最大径向热变形量可达1.31 μm,位于节流槽矩形工作边处;黏温特性对滑阀内的黏性加热效应具有消极的影响,含气泡油液却与此相反,导热率与温度的线性关系对滑阀阀芯径向热变形也具有消极的影响;考虑以上因素并不改变滑阀内的温度场分布与热变形特征,而是使计算结果更加符合实际工况。     

大通径滑阀阀体强度与配合间隙的优化设计

对于液压滑阀,泄漏和卡紧相互矛盾,与阀体阀芯的配合间隙密切相关。配合间隙过大,泄漏量大,降低或丧失阀的控制功能;配合间隙过小,阀体和阀芯在压力、温度的作用下变形,极易导致阀芯卡死,使阀突然失效;因此合理设计液压滑阀的配合间隙是滑阀研制成功的关键。本文利用ANSYS Workbench Environment平台,建立某大通径二位四通液动换向滑阀的三维有限元模型,采用热-结构耦合的方法,详细研究了阀体阀芯配合间隙随压力、温度及阀体壁厚变化的规律;结合材料及工况条件,对初始配合间隙和阀体壁厚进行了优化设计,在保证阀体强度、避免阀芯卡死的前提下大大降低了泄漏损失,并设计制造出样机进行试验研究,验证了优化设计结果。该优化设计方法对同类大通径滑阀的设计研发具有一定的参考价值。     

非全周开口滑阀的流场特性及其优化

针对滑阀液动力的优化问题,对非全周开口、内流式滑阀流场特性进行了研究,对其阀套结构进行了优化。首先,采用两相流模型,利用动网格技术、UDF功能模拟了阀芯的运动状态,通过仿真计算了阀芯运动状态下的瞬态流场,同时分析了阀芯静止时的稳态流场;然后,研究了滑阀阀芯的运动速度、流量变化、阀口开度对液动力的影响;最后,提出了一种把阀套进油孔由直孔改为斜孔的方法来优化滑阀的液动力,并对不同倾斜角和阀口开度时的滑阀液动力进行了比较。研究结果表明：相较于瞬态液动力,滑阀的稳态液动力更大;在阀芯运动速度快、流量大,且阀口开度小于0.5 mm时,滑阀的瞬态液动力比较大,因而其影响也不可忽视;优化后的阀套结构可以有效减小液动力,倾斜角在15°～20°范围内时其优化效果最好;该研究结果可为滑阀结构的优化设计提供有益的参考。     

液压锥阀内部流场的CFD动态仿真

针对液压技术中广泛应用的插装型锥阀,建立三维模型.对锥阀阀芯开启和关闭的运动过程,应用CFD分析软件Fluent进行了仿真计算和可视化研究,给出了锥阀阀腔内的速度场、压力场分布.对比分析表明CFD动态仿真,可更准确地反映液压锥阀内部的流场情况.     

液压比例阀阀芯V形槽口的CFD解析

带V形槽口的滑阀阀芯在比例阀中应用非常广泛,槽口结构对阀开启过程中的比例特性和作用在阀芯上的液动力影响很大.运用CFD解析方法对带V形槽口的液压滑阀阀腔内的流场进行求解,得到不同开口度对应的流量和液动力.分析解析结果可知:应该用稳态计算求解通过阀口的流量和作用在阀芯上的稳态液动力,用移动网格技术结合瞬态计算求解瞬态液动力.     

非全周矩形开口滑阀小开口度时流量及液动力特性研究

电液伺服阀作为液压控制系统的核心元件,其性能的好坏直接关系到控制系统的特性。采用计算流体动力学软件Fluent中动网格技术,对伺服阀滑阀阀口在0.5mm开度内的流动状态进行静、动态仿真,研究其流量与液动力特性。从计算结果可以看出,阀口流量特性仿真曲线与理论曲线在趋势上基本相同。阀芯所受稳态液动力仿真值与理论值增长趋势基本相同。仿真时,阀口开度按给定速度连续增大,阀口打开瞬时,瞬态液动力变化大;阀口打开后,瞬态液动力变化不大,且瞬态液动力数值较稳态液动力小得多。     

直动式水压溢流阀的动态特性分析与试验

介绍了一种直动式水压溢流阀的结构原理和特点,建立了动态特性的数学模型,并对其动态特性进行了仿真.仿真结果表明:在阀心尾端设置阻尼腔可有效改善溢流阀的动态性能.通过试验证明,所研制的水压溢流阀具有良好的静态和动态性能.     

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。     

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。     

某型单向阀打开过渡过程特性对流阻性能影响的仿真分析

基于CFdesign软件提供的计算模型和方法,利用动网格数值模拟技术,对飞机燃油系统常用的具有开启压力要求的某菌状型单向阀进行了试验和动态数值模拟。试验和仿真结果表明:阀芯能否打开运动到最大开度位置并保持稳定,与单向阀内提供开启力的弹簧力值和刚度、阀芯形状和内部固有流道有着密切关系。     

基于Fluent的挖掘机多路阀动臂联流场分析

针对多路阀在使用过程中的发热、异响、压力损失过大等问题，应用数值模拟的方法对液压挖掘机多路阀动臂联进行流场分析。基于流体动力学理论，利用Fluent软件得到了动臂2联阀芯在开启过程中，节流槽前、后的流速、压力及其差值的变化情况。通过数据分析，得到了多路阀动臂联稳态流场的内部流动规律和稳态液动力变化规律。观察发现动臂2联阀口开度在2.1～4 mm时，压差与速差同时发生突降现象，并且液动力的变化较大，容易产生振动、噪音和气穴等现象。研究结果表明，通过对多路阀阀芯开启过程的流场分析，所获得的流速、压力和液动力等数据可以作为多路阀优化设计的参考依据，从而提升多路阀的工作效率和使用寿命。     

滑阀液动力研究及结构分析

液动力是设计、分析液压控制阀及液压系统考虑的重要因素之一。该文采用理论推导与CFD结合的方法,利用流体分析软件FLUENT进行不同开口度下的仿真实验,仿真研究了不同开口度以及不同边界条件的滑阀阀内的流场,分析了出口节流滑阀阀芯所受的最大液动力,并提出了优化方法。所进行的研究工作对于系统建模分析和滑阀液动力的补偿研究提供了依据。     

Fluid-dynamic analysis and multi-objective design optimization of piezoelectric servo valves

This paper proposes an effective methodology for the fluid-dynamic design optimization of the main spool of a piezoelectric servo valve. The aim is to improve global performances of the piezoelectric servo valve by reducing the flow force acting on the main spool and the mass of the main spool. The main disturbance forces acting the main spool were analyzed. The steady-state flow force acting on the main spool was derived and the relationship between the flow force and the design parameters of the main spool was established. The design problem of the main spool was formulated mathematically as a multi-objective optimization problem. The minimum steady-state flow force and the minimum mass of main spool were considered as optimization objectives. The elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) was applied and a set of Pareto-optimal solutions was calculated. The optimized results were analyzed and the final design parameters of the main spool were selected for the simulation analysis and experimental research. The computational fluid dynamics (CFD) simulation was employed to calculate the forces acting on the main spool. Simulation results show the flow force acting on the optimized main spool is significantly reduced. The unoptimized and optimized main spools were machined and experimental study was performed. Results show that the piezoelectric servo valve equipped with the optimized main spool has better response performance and dynamic bandwidth. The dynamic bandwidth is measured to 172 Hz under the amplitude attenuation of −3 dB. Compared with the piezoelectric servo valve with unoptimized main spool, the dynamic bandwidth of the piezoelectric servo valve with optimized main spool is increased by 26%.     

双U形节流槽滑阀多场耦合特性研究

液压滑阀在工作过程中阀芯卡滞及磨损现象严重,为了改善阀腔流域特性及液压阀的工作性能,构建了液压滑阀的简化模型,基于计算流体力学对双U形节流槽滑阀阀芯及阀腔内流域动态特性进行了分析.研究了节流槽数量、阀口压差对阀腔内流体速度场、阀芯温度场及阀芯应变场动态特性的影响.研究结果表明,随着阀口压差的增加,流体的最大流速以及阀芯...