锥阀空化现象及多相流耦合强度研究

为了研究锥阀空化条件下流体与阀芯之间的相互作用,通过结合ANSYS Fluent和System Coupling软件平台实现锥阀和流体间相互耦合的数值模拟,得到锥阀在内流和外流条件下双向流固耦合时的空化区域气体体积分数和单向、双向耦合时的阀芯0~3 s时段内等效应力分布云图。对比分析发现在结构突变区域空化明显,外流空化区域较大,空化程度比内流严重。在锥面上应力集中明显,最大应力集中在阀芯尖端;内流时的等效应力远大于外流时的等效应力;流固双向耦合时的等效应力大于流固单向耦合时的等效应力;流固双向耦合时的阀芯尖端的最大等效应力波动形态与气泡的波动形态有较好的一致性。     

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。     

流固耦合下多路阀换向阀块变形及模态分析

多路阀广泛应用于重大装备领域中,其性能直接影响整机操纵的舒适性和灵活性。在对多路阀阀体进行分析以提升其性能时,内部流体对阀体的作用效果不容忽视。在ANSYS Workbench中对某型号电液比例负载敏感多路阀换向阀块进行流固耦合分析,得到不同阀口开度下,阀体阀芯在流体稳定流动时的受力、变形以及自身固有频率的变化情况。研究结果表明：随阀口开度的增加,流体对阀体阀芯的作用力逐渐减小,换向阀块的最大变形逐渐减小。阀体阀芯的固有频率在流固耦合后降低,阀体阀芯固有频率减小程度存在差异,各阶固有频率在阀口开度增加中基本保持不变。仿真结果为多路阀在设计与优化环节中确定强度薄弱区和颤振补偿所用信号选取提供参考,有助于提高整机性能。     

LNG深冷调节阀结构强度及阀杆振动分析

以LNG接收站某工位深冷调节阀的模型为研究对象，针对LNG接收站深冷调节阀承压元件安全性和细长阀杆易发生振动的问题，采用ANSYS Workbench有限元分析软件，对阀体、上阀盖进行强度试验工况下的结构分析，得到各部件的等效应力，并进行应力强度评定。对阀门正常开度工况下的内部流场进行瞬态流场分析，分析流体动态特性对于阀杆的扰动情况。另外采用流固耦合模态分析，得到阀塞和阀杆部件的流固耦合的前六阶模态振型和频率，以此判断调节阀阀杆是否易发生振动。结果表明，该LNG深冷调节阀在正常工作时，各阶流固耦合模态频率均大于120Hz，且阀杆周围流体基本处于静止状态，阀杆不易发生振动现象。     

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。     

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。     

喷嘴挡板伺服阀前置级流固耦合特性研究

伺服阀前置级流固耦合特性与伺服阀的稳定性、快速性、气穴和自激噪声的产生密切相关。为研究喷嘴挡板伺服阀前置级流场的瞬态气穴分布特性以及流场作用下挡板的位移特性,提出了伺服阀前置级流固耦合分析方法,采用STAR-CCM+软件对伺服阀前置级流固耦合特性进行仿真分析,并通过流场分布规律实验观测对仿真方法进行了验证。结果表明,伺服阀前置级的流固耦合作用会引起流场周期性的瞬态分布和挡板谐振。     

某型号液压打桩机环形阀组回油流场理论计算与仿真分析

液压打桩机是利用液压油压力来传递动力,驱动打桩锤进行打桩作业的装置,在海洋工程领域有着广泛应用,为获得某型号液压打桩机环形阀组回油流场特性,对其进行了理论计算与仿真分析。首先通过数学模型从理论上计算出回油流道的压力损失;然后利用Fluent仿真软件得到了回油流道在不同阀口开度下的压力云图以及速度云图;最后在不同阀口开度下将理论计算与仿真模拟结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与仿真模拟结果趋势相同,并且流体在阀芯表面会形成局部高压,在阀口周围以及阀芯中部的局部表面会产生旋涡。研究成果为液压打桩机中环形阀组的设计提供了一定参考和借鉴。     

基于流固耦合分析方法的减振器复原阀节流特性研究

研究基于流固耦合的减振器叠加复原阀建模分析方法。用ADINA软件建立了节流阀三维固液耦合分析模型,用其中流固耦合分析模块对其非线性动特性进行分析,得到弹性阀片的变形、油液的流场特性等。通过与该型号减振器技术参数对比验证建模的有效性。     

伺服比例阀多物理场耦合仿真研究

伺服比例阀是一个涉及多学科领域的复杂物理系统,建立包含机械、电、磁、流场等模块在内的多物理场耦合模型对其进行仿真研究。基于对伺服比例阀结构和工作原理的分析,搭建阀芯位移闭环控制电路及阀芯动力学模型,建立伺服比例电磁铁有限元瞬态仿真模型、液动力瞬态流场降阶模型,并将各模块耦合完成伺服比例阀多物理场模型,实现动态特性仿真。为验证伺服比例阀多物理场耦合模型的准确性,对采用相同的测试条件及控制电路的伺服阀阀芯位移控制系统进行试验,通过输入不同的指令信号得到阀芯位移的阶跃响应曲线及电磁铁电流曲线。经对比,阶跃响应测试中阀芯位移仿真结果与试验曲线相比最大误差不超过15%,不同阶跃指令下仿真得到的电磁铁电流与试验电流曲线变化趋势相同,验证了模型的准确性,为后续伺服比例阀的研发及优化提供有效平台。     

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。     

某型特种车辆油气弹簧的阻尼结构特性研究

针对新一代特种车辆油气弹簧减振阀频繁出现零部件失效的问题,通过对该结构进行有限元仿真,对其内部流场和关键结构件表面的压力场进行了研究。对油气弹簧进行了数学建模,结合其工作原理推导了其阻尼力的计算公式;采用三维软件对其阻尼结构和周围油液流场进行了物理建模,并基于ANSYS Workbench平台对其进行了流固耦合仿真,通过和试验的压差测试结果比较,验证了仿真模型的准确性,得到了油液流场的压力和流速计算结果。研究结果表明:油气弹簧阻尼结构的核心流场流速和压力分布十分不均匀,最大流速出现在常通孔内,最大压力出现在阀座大头一侧,开阀压差为53.8 MPa左右,开阀后两侧的压差急剧减小,阀芯耦合面的压力分布不再周向均匀;该研究结果可为后续的可靠性研究和优化设计提供一定的参考依据。     

基于CFD和FSI的摆线泵仿真分析

目前在摆线泵数值模拟方面,多数研究基于CFD对不同运行工况(如转速、温度等)下的泵进行分析,未考虑在流固耦合(Fluid Structure Interaction,FSI)作用下泵的特性。首先基于COMSOL软件建立了摆线泵的模型,对旋转域采用动网格技术,流固耦合界面进行设置,设置相应的边界条件后对泵进行CFD和FSI仿真,并与试验结果进行对比。结果表明:FSI的仿真的流量平均值均更接近试验的结果,FSI出口处流量脉动率最大;FSI和试验的出口压力平均值均低于CFD的仿真值,且CFD和FSI的压力均值更接近实际出口边界设置。通过对比内外转子间流体域某一截面速度和压力得出:在吸油区域计算得到的负压CFD大于FSI,计算得到的速度CFD小于FSI;在排油区计算得到的正压力CFD大于FSI,计算得到的速度CFD小于FSI的结果。在内外转子与流体耦合界面某点处CFD的压力随时间的波动值均大于FSI的压力值。通过对比发现耦合对计算结果有很大的影响,对泵进行流固耦合分析使得分析结果更加真实,更有利于对泵的流场和转子动力学特性进行分析。     

混流式水轮机转轮流场单向、双向流固耦合数值的分析比较研究

针对水轮机转轮单向流固耦合和双向流固耦合计算结果的比较问题,建立了精确的水轮机流场及结构场模型,分别对低水头、低转速和高水头、高转速两种工况下转轮单向、双向流固耦合进行了数值模拟。对比了两种工况在单向、双向耦合时转轮表面流体域的最大压力、最大速度及转轮结构域的最大应力、最大应变、最大总位移,最后结合流固耦合公式对计算结果作了进一步的分析。研究结果表明,在使用单向流固耦合进行数值计算时,流固耦合作用越强,则计算偏差越大;通过同一流场和结构场的单向流固耦合和双向流固耦合计算值对比可知,无论是流体域还是结构域的计算值,相同节点的单向耦合计算值均小于理论上更为精确的双向耦合计算值。     

V型球阀阀芯优化及流场分析

针对造纸厂等企业中含有固体颗粒、纤维工况的流体介质对阀门冲蚀磨损问题,以V型调节球阀为研究对象,对中阀芯锥角30°的V型球阀进行阀芯优化,旨在为了减少冲蚀磨损进而设计出两种不同结构流通面积的阀芯锥角。对比分析阀芯锥角分别为30°,60°,90°的V型球阀,应用CFD软件对其内部流场进行三维数值模拟,通过模拟计算得到流量特性曲线、流道内的速度分布云图、压力分布云图和速度矢量图。结果表明,优化后的阀芯结构相比初始结构,阀内最大压力由535.43 kPa降至492.70 kPa逐渐稳定,阀内最低压力由低于饱和蒸汽压的-242.67 kPa升至150 kPa,减少了空化现象;且速度更加均匀稳定,阀内高速流通区域平均速度由27.77 m/s²降至19.53 m/s²;提高了调节性能和流通稳定性,同时延长了阀门的使用寿命。     

双喷嘴挡板电液伺服阀前置级流固耦合分析

分析双喷嘴挡板电液伺服阀前置级的动态流场,研究衔铁挡板组件受力发生偏转导致前置级流场发生变化,分析固定节流口、喷嘴、回油口处的流速、压力变化和功率损失,以及衔铁挡板组件、滑阀阀芯的位移及受力情况。该研究利用ANSYS软件,采用流固耦合分析方法对双喷嘴挡板电液伺服阀衔铁挡板组件及前置级流场进行分析,为双喷嘴挡板电液伺服阀的流场分析提供了一种更接近实际的分析方法,得到更为精确的分析结果,为模型结构参数及固体材料的选择提供一定的指导。     

基于CFD轴流泵叶轮在流场中的有限元分析

根据某一型号立式轴流泵的叶轮特征对其建立三维模型,利用叶轮工作时流场的属性,结合流固耦合的方法,通过有限元分析软件ANSYS Workbench中的CFD模块对叶轮进行流场动力学仿真分析。在有限元软件流体动力学分析模块中添加流场流速、流体进出口和流场膨胀层等,得出叶轮周围流体的绕流迹线,以及叶片应力从叶顶到叶根的分布规律,发现进水处的叶片部分是应力最大处。这对水泵叶轮可靠性和水泵寿命分析具有重要的借鉴意义。     

利用AWE流固耦合分析优化全液压转向器内部结构

全液压转向器作为铰接式工程车辆转向系统的核心部件,对工程车辆的转向性能以及驾驶员的劳动强度有着至关重要的影响。在全液压转向器的实际使用过程中,会产生噪声和振动。采用多物理场协同CAE仿真环境ANSYSWorkbench Environment(AWE),从流场的角度去分析油液在转向器内部的运动情况,得到转向器内部的流场分布,将其中的压力分布作为载荷添加至转向器的阀套与阀芯,通过流固耦合分析,找出结构上的薄弱环节,为转向器内部的结构优化提供依据。     

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。     

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。