基于FLUENT的滑阀液动力补偿的研究

液动力是滑阀和阀腔的结构设计中考虑的关键因素之一。提出了一种在阀套上开圆弧型进出口流道的方法,对进出口处的油液进行导流,以达到减小液动力的目的。同时利用FLUENT软件分析该阀内流场,并与传统的直流道滑阀相比较,然后对改进后滑阀的液动力特性和阀口流量特性分析计算。该研究对滑阀的结构优化设计有一定的参考意义。     

配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响

针对稳态液动力影响电液比例溢流阀调压精度的问题,建立了内流式滑阀液动力数学模型,基于CFD仿真平台,构建了考虑配合间隙的滑阀模型,并搭建了试验平台以验证模型的正确性,研究了不同配合间隙对滑阀稳态液动力的影响。结果表明：考虑配合间隙的滑阀模型与试验测试结果有很好的一致性;溢流阀在工作过程中,阀口开度与配合间隙非常接近,随着压力升高,阀口开度变小,射流角接近20°;随着配合间隙增大,阀口开度变小,射流角变大;配合间隙在一定范围内,液动力随着间隙增大而增大,当达到临界值后,配合间隙对液动力的影响变小。     

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。     

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。     

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.     

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。     

基于CFD的液压比例流量阀通过流量的计算

该文利用CFD计算方法研究某新设计的带有节流窗口的比例流量阀的阀芯位移-流量的特性,并与通常采用的小孔出流的计算公式所得的结果进行比较,证明在阀芯开度较小时,两种结果具有很好的一致性,但是随着阀口开度的逐渐增大,两者计算结果的差别越来越大,从传统的设计经验判断,CFD计算出的流量特性曲线具有很高的可信度。     

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。     

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。     

节流口结构对超高压插装阀液流特性的影响

超高压是液压系统未来发展的方向之一,因此分析超高压液压元件的性能非常重要。针对DN25超高压插装阀3种不同阀芯节流口结构的液流特性进行了分析。以Fluent软件为平台,建立了3种不同节流口结构的DN25超高压插装阀流场有限元模型,结合阀口的节流特性分析了流体的速度场和压力场,得到了不同阀口开度下的流量以及阀芯所受液压力,为超高压插装阀结构设计提供了理论基础。     

Structural optimization of V-sector valve cores and adaptability in secondary heating networks

We analyzed the flow characteristics of a control valve in a secondary heating network and combined the optimization of the valve core structure with a method to solve the actual control problem of the secondary heating network. First, according to the common V-sector ball valve core, another three kinds of different V-sector ball valve cores were designed, and a simulation analysis was carried out using CFD software. By comparing the influence of four different valve core opening shapes on the valve flow characteristic curve, it was found that V3 showed better equal percentage characteristics under the opening range of 50%–100%, which improved the flow control accuracy in the heating pipe network that lacked flow feedback, and the accuracy of the simulation results was verified on the test bench. Based on this, in the different branches of the heating secondary network, the opening variation range of the four valves in actual applications were determined, and the opening variation range of the V3 valve was increased by approximately 10%. The analysis results showed that controlling the proportion of the slender part in the opening shape of the spool can effectively increase the opening range of the control valve in practical applications, thereby improving the flow control accuracy of the heating secondary network and reducing the energy consumption of heating regulation.     

高压大流量气动比例阀稳态气动力数值研究

该文针对高压大流量气动比例阀结构特点及阀芯动力学特性,建立阀芯所受稳态气动力数学模型。然而由于高压气体的可压缩性、阀口流量非线性等因素,难以采用传统气动力理论计算公式准确预测高压大流量气动力比例阀的稳态气动力,为此基于三维N-S方程,采用计算流体动力学(CFD)方法研究稳态气动力的变化特性。结果表明,该气动比例阀工作过程中最大稳态气动力达到气压驱动力的30%,成为影响阀芯响应速度与控制精度的主要因素,且稳态气动力与阀口开度呈强非线性关系。另外为减小稳态气动力的阻力作用以减小动力能源的消耗,应优化内流道结构,实现节能目的。     

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.     

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。     

基于动网格的液压滑阀流固耦合分析

采用基于动网格的流固耦合分析方法,建立了液压滑阀开启过程的三维动态数值分析模型,计算阀芯在驱动力、流体力和弹簧力共同作用下的运动分布、应力变化和形变。结果表明:提供一种分析液压滑阀开启过程的数值仿真方法,阀芯在开启完毕达到稳态后仍有小幅振动;阀芯的径向形变主要发生在阀杆上,且变形量随时间产生小幅波动;阀芯由于油液的冲击在入口处产生较大变形并在台肩与阀杆连接处产生应力集中,采用CFD方法得到的液压滑阀运动分布、应力变化、形变和理论值的误差在可以接受的范围内,证明了仿真的可靠性。     

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。     

水液压节流阀精细调节阀口设计与仿真分析

传统水液压节流阀阀口形式多为球阀式和锥阀式,具有良好的阀口密封性,但其存在着流量分辨率低和阀口特性线性度差等缺点。设计了一种新的非全周开口滑阀阀芯,其阀口形式由该非全周开口滑阀阀芯和空心圆柱阀套构成,具有阀芯行程大的特点。该研究进行了CFD仿真分析,结果显示,非全周开口的阀口形式保证了高线性度的阀口特性,阀芯行程的增大提高了阀口的流量分辨率,该阀口形式能够适应水液压传动系统高精度控制的应用需求。     

基于AMESim与Fluent联合仿真的安全阀启溢闭研究

为了揭示安全阀启溢闭过程中压力、流量及内部流场的变化规律,对安全阀启溢闭全过程进行自适应动网格瞬态分析。建立了AMESim与Fluent联合仿真模型,在AMESim中构建边界条件及阀芯动力学模型,在Fluent中构建安全阀自适应动网格模型。联合仿真后得出安全阀阀芯最大位移为28.22 mm,流量为868.5 L/min,安全阀内部最大流速为52 m/s,最大压力为1.07 MPa,同时得到了在安全阀启溢闭不同阶段的压力、速度云图和阀芯附近的速度矢量图。研究结果表明,联合仿真可以观测到开启瞬间阀芯的回弹趋势,还能提供安全阀内部流场信息,是一种可以对安全阀进行瞬态流体分析的新方法。     

不同结构阀芯的滑阀流场CFD分析

以小通径滑阀为研究对象,针对阀芯凹角处旋涡对滑阀内部流场及性能的影响,提出了将阀芯凹角改进为圆弧型,用CFD软件Fluent对仿真模型进行稳态研究,得到了阀内流场的速度和湍动能分布规律:在开口恒定,入口流量相同的条件下,随着圆弧半径的增大,阀内最大速度和最大湍动能减小,但并不能完全抑制阀芯凹角处旋涡的产生。结合阀内流场流线图,将圆弧型结构进一步改进为斜角加圆弧型。对比分析表明,斜角加圆弧型结构可更有效平缓流场,抑制阀内旋涡的产生和发展,降低阀内湍动能的损失,提高能量利用率。     

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%.