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。     

高频电液数字转阀阀口气穴现象研究

借助FLUENT软件对高频电液数字转阀(简称2D数字阀)阀腔流场进行研究,主要对阀口极端环境时的气穴变化规律进行深入探索,揭示2D数字阀阀芯高速旋转时阀口气泡析出、发育过程及溃灭特性对阀口流量的影响。研究结果表明,气穴现象不仅会造成流量阻塞,而且气泡溃灭引起的压力脉动还会对系统形成强非线性干扰,影响阀口输出波形的精度和阀控液压缸激振系统的稳定性。     

2D伺服阀矩形和弓形先导级气穴特性及影响因素

二维(2D)伺服阀因其阀芯集旋转和平移运动于一体,且具有先导控制和功率放大的特性,被广泛应用于航空、军工等领域的液压系统中。由于伺服阀先导级的节流口面积非常小,流体流经此处后会因压力骤降而产生气穴现象,将直接影响伺服阀的工作特性。利用Fluent软件,在不同的阀口开度、敏感腔体积、入口压力下,对矩形和弓形2D伺服阀的先导级阀口和流道进行了两相流仿真。结果表明:矩形和弓形先导级阀口均存在一个最佳开度,对气穴现象的抑制能力最强;矩形先导级结构内的气穴现象,受敏感腔体积变化的影响较明显;入口压力越大,敏感腔体积越大,气穴现象越显著,先导级内气体含量越多。     

低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究

锥阀是压力控制阀中常用的阀结构形式,其阀芯的轴向振荡直接影响着压力控制阀的调压精度和工作稳定性。针对先导级锥阀,运用可视化的试验方法,研究锥阀在弹簧预压缩量不变且开启压力低于2.5 MPa时的阀芯振荡过程和阀口空化现象。结果表明,阀芯的振荡型态与流量密切相关。在流量低于2.0 L/min的失稳振荡现象中,阀芯会撞击阀座,阀口处流场瞬间断流,大量气泡在阀口尾部快速溃灭,并出现明显的回弹现象;在流量高于2.6 L/min的失稳振荡现象中,阀芯不会撞击阀座,阀口处出现有空化和无空化两种情况,且有空化失稳振荡时的阀芯振动和压力波动幅值明显大于无空化时;流量介于2.0~2.6 L/min时,阀芯的失稳振荡处于过渡区间,撞击阀座和不撞击阀座的现象都可能出现。     

2D伺服阀先导级螺旋阀口稳态液动力的研究

为研究二维(2D)伺服阀的稳定性及其影响因素,结合2D阀先导级螺旋阀口双流道中心对称的结构特点,通过理论分析和流体动力学仿真,得出流体流经螺旋阀口产生的稳态液动力属于空间力,且2个对称阀口处稳态液动力的径向分力大小相同,方向相反;而轴向液动分力和周向液动分力形成的力矩随着阀口开度增加逐渐减小,yoz平面的射流角度也逐渐减小,且当阀口开度小于0.1 mm时,减小幅度很大,开度大于0.2 mm时,趋于稳定;随着入口流速的增加,轴向液动力和周向液动力矩逐渐增加。结果表明稳态液动力的轴向分力及周向力矩促使先导阀口关闭,对阀芯稳定具有促进作用。     

一种大流量高速开关阀的设计与实验研究

介绍了一种采用2D伺服阀作为先导控制级的双节流口并联输出结构的大流量高速开关阀的工作原理,通过理论分析和产品样机试验,研究了开关阀的泄漏特性、阀芯运动过程动态特性、阀口流动特性,并结合试验数据阐述了大流量开关阀设计中需注意的问题。该开关阀在10 MPa工作压力下,阀口开启时间约15 ms,进出口压差为2 MPa时的流量达到3000 L/min。     

双作用伺服螺旋阀性能分析研究

传统2D数字伺服阀是一种采用单伺服螺旋机构将阀芯的旋转运动转换为阀芯轴向运动的阀。在采用2D数字阀作为先导阀的过程中,其在大行程下响应速度与现有国际先进水平还存有一定距离。为了提高2D数字阀在大行程的情况下的响应速度,引入双作用螺旋来实现功率放大。双作用螺旋伺服阀在2D阀的基础上于阀芯右侧台肩处增开一作用螺旋槽,使得左右敏感腔在压力差动变化,提高阀芯加速度,进而提高了响应速度。在建立数学模型之后,在MATLAB中对其性能进行了仿真。通过仿真,在21MPa的压力下,3mm的阶跃输出能够在2ms下实现。     

2D电液压力伺服阀的实验研究

为了满足飞行器的舵机控制和刹车控制等领域的需要,特推出2D电液压力伺服阀。目前,压力伺服阀种类很少,而且多采用压力传感器作为输出进行闭环,这类伺服阀受环境温度变化影响,温漂较大。2D电液压力伺服阀采用两级结构。以LVDT传感器检测先导级阀芯位移作为反馈量,对先导级阀芯进行闭环控制,可以有效避免压力传感器温漂大的问题。实验结果表明,滞环大小为2.82%,线性度大小为3.4%,经试验研究,2D电液压力伺服阀的频宽可以达到70Hz。     

基于动态重叠网格的阀芯振荡空化的研究

锥阀是压力控制阀中常用的阀结构形式,其阀芯的轴向振荡直接影响着压力控制阀的调压精度和工作稳定性。针对先导级锥阀,将动态重叠网格技术与可视化试验相结合,对锥阀振荡时启闭空化的产生原因进行了研究。结果表明：开阀时产生空化的原因是由于阀口开启时的射流;关阀时产生空化的原因是由于断流后液体惯性产生的低压压力波,且改变阀芯运动速度会对流动造成影响。     

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。     

掘进机用螺纹插装式平衡阀流场特性研究

针对掘进机用螺纹插装式平衡阀易产生低频抖动、气穴、漩涡、噪声等现象,对螺纹插装式平衡阀的内部流场特性进行了模拟仿真。主要分析了螺纹插装式平衡阀的工作原理和主阀芯的受力情况,建立了主阀芯的数学模型;建立了螺纹插装式平衡阀的主阀二维几何模型,利用FLUENT软件模拟其内部流场特性,寻找出低压区、高速区和漩涡区。结果表明:较大的锥角角度,可以减小节流口出口的低压区域,可以减少气蚀现象的发生,也会使阀芯侧面的漩涡区域变大,易使阀芯产生抖动;较小的开口度,会减小节流口出口处的负压区域,增大节流口出口漩涡区域,减小阀芯侧面的漩涡区域,减少和避免气蚀和低频抖动现象发生,也会加大油液对阀芯锥面的冲击。     

调压阀流体空化特性仿真及影响因素分析

针对船用二级调压阀空化问题,建立流域瞬态仿真模型,结合Singhal空化模型和标准k-ε湍流模型对调压阀流体空化现象进行数值模拟,通过流场气体体积分数分析,得出了流体空化强度及分布形态的演变规律,通过流体速度场和压力场分析,阐明了空化演变过程调压阀流场特性,进而研究了开度、流量和背压对调压阀流体空化现象的影响规律.结果...     

Fluent平台上滑阀流态切换现象仿真研究

针对某三级电液伺服阀功率级滑阀,在0～3mm的阀开口量范围内,建立不同阀开口量对应的二维几何模型并进行网格划分,通过Fluent软件仿真得到理想滑阀流量特性曲线,发现该滑阀阀口存在流态切换现象.仿真分析了改变阀杆直径、在阀芯壁面挖槽和阀芯根部倒圆角对流态切换现象的影响,为功率级滑阀的设计提供参考.     

内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证

针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics,CFD)仿真研究中,采用单相流模型进行计算,忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响,仿真所得相对压力过低与实际不符的问题,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究内流式滑阀流场分布,分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案,测量得到阀芯壁面的压力分布,并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明:试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致,壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时,稳态液动力的方向为阀口关闭的方向,在阀口开度达到临界点时,稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量,得到的稳态液动力误差较大,且方向始终指向阀口打开的方向。     

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。     

基于AMESim的高压气动减压阀的稳定特性

针对氢能源汽车中气动减压阀高压化减压时减压阀稳定性下降的现象,对一种带有先导稳定流量器的高压气动减压阀进行特性研究。建立高压气动减压阀的AMESim仿真模型,仿真分析了其压力、流量特性、高压气动减压阀先导阀弹簧刚度、先导稳定流量器活塞阻尼孔、高压气动减压阀主阀弹簧刚度、主阀出口腔等参数对高压气动减压阀稳定性的影响。研究结果表明,带有先导稳定流量器的高压气动减压阀在高压化减压时,其出口压力稳定,压力振荡小,动态响应快。同时,适当地增大复位弹簧刚度,先导稳定流量器活塞阻尼孔,出口腔容积的增大,可提高阀的输出压力的稳定性和快速性。     

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。     

液压支架用电液换向阀的动态特征及流场特性仿真分析

为了提高液压支架的机械控制能力,利用电液换向阀完成支架控制箱动作控制。该文采用流体动力学仿真了电液换向阀的动态特征及流场特性。研究结果表明:当时间到达0.14 s时二级阀芯发生运动,出口流量快速增大至一个峰值状态;随着阀芯到达一个稳定运动状态后,换向阀也达到1013 L/min的稳定出口流量。换向阀在高压大流量系统内工作时将会快速到达峰值压力,产生液压冲击作用并使支架立柱受到破坏。当流体由阀套流至阀芯时因为过流断面的面积会迅速降低,使压力下降4.1 MPa,形成压力集中损失的区域,同时在阀芯的主流道区域还会形成均匀的压力分布状态。从阀口的下游最初进入阀芯的主通道位置时将达到最大流速,等于109 m/s,表明该部位形成了最小的过流面积。     

基于节流阀阀内流场的管道振动分析

建立了板式节流阀的三维模型,运用CFD仿真软件对节流阀内部流场进行了数值模拟,得到了该型号节流阀内流场的三维可视化结果,结果表明:阀芯处的气蚀以及阀出口处的漩涡流是诱发阀芯和阀体振动的主要原因,因此优化阀内部流道对于减小管道振动具有积极的意义。