液压锥阀气穴分析与流场参数化仿真

发布时间：2017-04-10 13:15

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【摘要】：液压锥阀作为液压传动与控制中一种重要的基础性元件,具有密封性好,过流能力强,响应快,抗污染能力强,构造简单等特点,被广泛应用于液压系统中。锥阀结构虽然简单,但阀内流场却十分复杂。油液经过阀口时容易出现漩涡和速度的重新分布,产生气穴现象,引起流体噪声,严重影响和制约了液压锥阀的应用效能。为此,对液压锥阀流场模拟及气穴的研究得到了人们的广泛关注,成为阀门研究的热点之一,具有重要的学术价值和现实意义。 论文针对液压锥阀气穴问题,以外流式简化液压锥阀为研究对象,运用CFD流场数值模拟方法,研究边界条件和几何结构参数对锥阀气穴的影响,进而寻求合理的边界条件和结构参数,以减少和抑制气穴发生,提高液压锥阀的使用效能和工作寿命。论文主要包括四个部分。 (1)在介绍阀门气穴相关理论的基础上重点分析了FLUENT流场数值模拟中所采用的湍流模型、多相流气穴模型和近壁处理模型。 (2)分别采用HyperMesh和ANSYS完成了液压锥阀流场计算区域二维轴对称模型的前处理,详细阐述了操作步骤和过程,定量给出了HyperMesh划分网格的质量指标,介绍了FLUENT自适应网格的处理方法和实际应用效果。 (3)针对液压锥阀阀口喷流的特点,采用RNG k-ε湍流模型与气穴模型,并与双层区近壁模型相结合,应用FLUENT对液压锥阀流场进行了数值计算和模拟,得到了流场的速度、流线、压力和气穴发生后的气体体积比分布。结果表明,在h=1mm,u_1=12m/s,p_0=0.1MPa条件下,气穴在高速、低压的阀口区域出现,气体主要来自于油液中空气的分离。通过大量的仿真测试,分析了进口速度和出口压力边界条件,阀口开度、阀芯半锥角、进口直径、出口直径、出口位置、阀口倒角等关键几何结构尺寸对锥阀气穴的影响特点和规律,为合理选择边界条件和优化锥阀结构参数提供了参考和依据。(4)从应用需求分析出发,提出了基于VB6.0的液压锥阀流场参数化仿真软件总体设计方案,通过各窗体的详细设计完成了软件的开发,给出了实现效果。软件通过APDL宏文件和Journal宏文件操控ANSYS和FLUENT,实现了参数化的液压锥阀流场分析前处理和流场计算,有效地融合与集成了流场计算分析过程中的各种数据和信息,形成了一体化的快速仿真分析平台,降低了对操作者专业软件技能的要求,大大提高了设计分析效率,可广泛应用于锥阀的工程设计和仿真测试。
【关键词】：液压锥阀 气穴 流场模拟 前处理 参数化仿真
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 气穴现象12-13
• 1.3 锥阀气穴问题的国内外研究现状13-15
• 1.3.1 阀门气穴研究的国外现状13-14
• 1.3.2 阀门气穴研究的国内现状14-15
• 1.4 课题的研究目的和主要研究内容15-16
• 第2章 阀门气穴相关理论与流场计算模型16-27
• 2.1 阀门气穴的相关理论16-19
• 2.1.1 气穴的产生及发展过程16-17
• 2.1.2 气穴指数17-18
• 2.1.3 阀门气穴的危害及抑制措施18-19
• 2.2 FLUENT阀内流场计算模型19-27
• 2.2.1 基本方程20-21
• 2.2.2 湍流模型21-23
• 2.2.3 多相流气穴模型23-24
• 2.2.4 近壁处理模型24-27
• 第3章 锥阀流场分析前处理27-35
• 3.1 概述27
• 3.2 近壁处理对网格划分的要求27-28
• 3.2.1 壁面函数对近壁网格的要求27-28
• 3.2.2 双层区近壁模型对近壁网格的要求28
• 3.3 基于HyperMesh的锥阀流场分析前处理28-32
• 3.3.1 HyperMesh简介28
• 3.3.2 建模28-30
• 3.3.3 划分网格30-31
• 3.3.4 定义单元类型和关联单元集合31
• 3.3.5 设定流体边界31-32
• 3.3.6 输出FLUENT前处理文件32
• 3.4 基于ANSYS的锥阀流场分析前处理32-33
• 3.3.1 建模32
• 3.3.2 设置单元类型和单元尺寸32
• 3.3.3 划分网格32-33
• 3.3.4 设定流体边界33
• 3.3.5 输出FLUENT前处理文件33
• 3.5 FLUENT的自适应网格33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 液压锥阀流场计算与气穴分析35-66
• 4.1 概述35
• 4.2 锥阀流场的计算35-38
• 4.2.1 计算网格35-36
• 4.2.2 边界条件36
• 4.2.3 流体属性36
• 4.2.4 计算结果与分析36-38
• 4.3 边界条件对锥阀气穴的影响38-44
• 4.3.1 进口速度对气穴的影响38-41
• 4.3.2 出口压力对气穴的影响41-44
• 4.4 几何结构参数对锥阀气穴的影响44-65
• 4.4.1 阀口开度对气穴的影响44-49
• 4.4.2 阀芯半锥角对气穴的影响49-53
• 4.4.3 进口直径对气穴的影响53-55
• 4.4.4 出口直径对气穴的影响55-59
• 4.4.5 出口位置对气穴的影响59-61
• 4.4.6 阀口倒角对气穴的影响61-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 液压锥阀流场参数化仿真软件设计66-82
• 5.1 概述66
• 5.2 总体设计66-70
• 5.2.1 需求分析66-68
• 5.2.2 总体设计68-69
• 5.2.3 开发工具和技术简介69-70
• 5.3 锥阀流场参数化仿真软件设计70-77
• 5.3.1 主窗体设计70-71
• 5.3.2 流场分析前处理窗体设计71-75
• 5.3.3 流场计算与分析窗体设计75-77
• 5.4 实现效果77-81
• 5.5 本章小结81-82
• 结论82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 攻读学位期间发表的学术论文88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 曹秉刚;郭卯应;中野和夫;史维祥;;锥阀流场的边界元法解析[J];机床与液压;1991年02期

2 高殿荣,王益群;液压锥阀流场的有限元法解析[J];机床与液压;2000年02期

3 高红,傅新,杨华勇,{傻豞购

本文编号：296788