發(fā)布時(shí)間：2021-12-28 19:03

　　液壓錐閥具有結(jié)構(gòu)簡單、密封性好、抗污染能力強(qiáng)等特點(diǎn)而成為液壓閥中最常見的閥結(jié)構(gòu)形式之一。在錐閥工作過程中,閥口空化及其振動(dòng)、噪聲等伴生現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,成為誘發(fā)液壓系統(tǒng)振動(dòng)、噪聲、發(fā)熱及穩(wěn)定性問題的重要根源之一。錐閥閥口空化是一種高速瞬變流動(dòng)現(xiàn)象,其復(fù)雜性導(dǎo)致該現(xiàn)象仍有待深入研究,目前實(shí)驗(yàn)研究也僅能解釋其部分機(jī)理,而數(shù)值模擬可以克服實(shí)驗(yàn)局限性。本文運(yùn)用多相流數(shù)值模擬技術(shù)和理論分析,對(duì)錐閥閥口在節(jié)流、溢流工況下瞬態(tài)空化流動(dòng)進(jìn)行了深入研究與總結(jié)。本文主要研究工作有:采用湍流粘度修正RNG模型和湍動(dòng)能修正Zwart空化模型,解析了錐閥閥口節(jié)流工況瞬態(tài)空化流動(dòng),研究結(jié)果表明:錐閥閥口周期性空化流動(dòng)由空泡初生、發(fā)展、潰滅三個(gè)階段構(gòu)成,空化的周期頻率為1182Hz,其中發(fā)展階段約占整個(gè)周期的81%,空泡完全潰滅時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)最高可達(dá)4MPa;空化發(fā)展階段促進(jìn)閥口流速提高,空泡潰滅降低閥口流速,因而周期性空化質(zhì)量流量波動(dòng)量最高可達(dá)均值的41%;速度漩渦及其產(chǎn)生的湍動(dòng)能是空泡運(yùn)移的重要條件,正反向射流區(qū)交界處的湍動(dòng)能促進(jìn)了大尺度空泡的發(fā)展;空泡完全潰滅時(shí),閥芯表面力從33N變化到116N。研究了湍流方程... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

移動(dòng)壁面遠(yuǎn)離靜止壁面時(shí)空泡形成及發(fā)展

錐閥閥口空化瞬態(tài)周期性及效應(yīng)的數(shù)值模擬20ms6.3ms12.5ms18.8ms25.0ms圖1.1移動(dòng)壁面遠(yuǎn)離靜止壁面時(shí)空泡形成及發(fā)展空化現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)給液壓液壓系統(tǒng)造成諸多危害，如噪聲、振動(dòng)，而且研究表明空化空泡破裂瞬間產(chǎn)生的壓力波動(dòng)最高可達(dá)109Pa量級(jí)[8]，在這種沖擊力的反復(fù)作用下，固體表面會(huì)形成許多的麻點(diǎn)和凹坑，如此便形成了氣蝕現(xiàn)象。氣蝕現(xiàn)象輕則破壞機(jī)械零件表面形貌，降低元件的密封性，重則使元件失效。圖1.2列出了液壓錐閥閥芯在經(jīng)歷氣蝕破壞前后的表面形貌[9]。氣蝕作用前氣蝕作用后圖1.2氣蝕作用前后閥芯的形態(tài)對(duì)比1.2.3錐閥空化研究意義空化空泡潰滅會(huì)產(chǎn)生較大的壓力波動(dòng)，進(jìn)而引起一定的噪聲、振動(dòng)等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象會(huì)給錐閥的工作性能帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響，如當(dāng)錐閥充當(dāng)先導(dǎo)級(jí)調(diào)控主閥閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，該壓力波動(dòng)可能會(huì)使導(dǎo)閥閥芯受力產(chǎn)生振蕩，導(dǎo)致導(dǎo)閥動(dòng)作失穩(wěn)，進(jìn)而影響主閥工作性能的穩(wěn)定性�？张萜屏旬a(chǎn)生的壓力沖擊還會(huì)在閥芯、閥座表面形成氣蝕現(xiàn)象，降低元件的密封性和使用壽命。氣蝕現(xiàn)象不僅會(huì)破壞元件表面形貌、降低密封性，同時(shí)氣蝕剝落產(chǎn)生的雜質(zhì)一旦進(jìn)入液壓系統(tǒng)中就會(huì)造成油液污染，進(jìn)而引發(fā)元件由于油液污染顆粒物[10]進(jìn)入配合間隙中而產(chǎn)生的卡滯問題，

錐閥閥口空化瞬態(tài)周期性及效應(yīng)的數(shù)值模擬6表明：提升油壓可以減小槽內(nèi)空化，而提高轉(zhuǎn)速則會(huì)加劇槽內(nèi)空化；增加槽深和減小螺旋角則會(huì)以不同的方式減弱槽內(nèi)空化。圖1.3（a）結(jié)構(gòu)優(yōu)化前；（b）、（c）在閥座表面增加不同的梯形結(jié)構(gòu)；（d）在閥芯表面增加節(jié)流口、閥座增加梯形結(jié)構(gòu)2018年，HeXu[48]等人利用Fluent和DOE優(yōu)化方法、MIGA算法對(duì)水液壓安全閥進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。他們首先借助Fluent觀察在水液壓安全閥閥芯上開節(jié)流孔、閥座上增加階梯形結(jié)構(gòu)對(duì)該閥壓力場分布的影響，發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)改變能有效提高閥芯表面附近的壓力，最后采用DOE優(yōu)化方法和MIGA算法確定了最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)能夠有效提高閥的抗空化性能。圖1.3展示了不同改進(jìn)方式對(duì)閥芯表面附近壓力場的影響。2017年，Jian-huaWu[49]等人針對(duì)機(jī)械心臟瓣膜空化問題以豬血、自來水和蒸餾水為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)同等邊界條件下血液空蝕強(qiáng)度較強(qiáng)，并推測粘度可能是影響空化強(qiáng)度主導(dǎo)因素。2009年，YaHuiLiu[50]等人對(duì)液壓動(dòng)力舵機(jī)中的回轉(zhuǎn)閥進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：在轉(zhuǎn)向過程中，回轉(zhuǎn)閥的流場變化使液體流向發(fā)生較大的變化，而油液在狹窄流場中的變化會(huì)引起舵機(jī)助力功率和噪聲的波動(dòng)；在相同流量下，回轉(zhuǎn)閥入口口徑、閥門套筒和轉(zhuǎn)子的長度對(duì)閥門的工作壓力沒有影響，但對(duì)流場氣相體積分?jǐn)?shù)有影響，最后提出了增加回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)向閥入口口徑和選擇適當(dāng)?shù)牟凵顏斫档烷y噪聲的建議。2019年，EzddinHutli[51]等人通過空化發(fā)生器研究了空化現(xiàn)象對(duì)不同塑性金屬材料的破壞，發(fā)現(xiàn)空泡坍塌過程中產(chǎn)生的剪應(yīng)力是金屬材料遭到破壞的主要原因，而且整個(gè)破壞過程可分為四個(gè)階段：表面硬化、塑性變形、侵蝕和開裂，其研究的部分內(nèi)容如圖1.4所示?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]撞擊-噴射流空化強(qiáng)化大豆粕蛋白溶解的研究[J]. 程海濤,申獻(xiàn)雙.  中國油脂. 2019(07)
[2]超空化發(fā)展初始階段通氣空化非定常流動(dòng)特性研究[J]. 段磊,王恵軍,黃春蓉,何春濤.  數(shù)字海洋與水下攻防. 2019(02)
[3]空化器錐角對(duì)射彈跨音速入水初期超空化流動(dòng)影響研究[J]. 王瑞,黨建軍,姚忠,祁曉斌.  水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2019(02)
[4]基于黏性修正SST k-ω模型的水翼空化流數(shù)值模擬計(jì)算[J]. 陳鎧杰,萬德成.  水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展（A輯）. 2019(02)
[5]往復(fù)泵水頭損失及空化現(xiàn)象的數(shù)值仿真優(yōu)化[J]. 馬良豐,馮進(jìn),劉宇,魏俊,劉倩倩.  液壓與氣動(dòng). 2019(03)
[6]液壓技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望淺談[J]. 郭亞林.  山東工業(yè)技術(shù). 2019(02)
[7]不同入口形狀中心體噴嘴誘發(fā)空化的模擬[J]. 劉魯興,鄧松圣,管金發(fā),姚粟,李國棟,陳曉晨.  煤礦機(jī)械. 2018(12)
[8]不同氣蝕次數(shù)球閥空化的數(shù)值研究（英文）[J]. Hamidreza YAGHOUBI,Seyed Amir Hossein MADANI,Mansour ALIZADEH.  Journal of Central South University. 2018(11)
[9]淺談機(jī)床液壓系統(tǒng)的常見故障及處理方法[J]. 郭超.  科技風(fēng). 2018(32)
[10]空化可壓縮流動(dòng)空穴潰滅激波特性研究[J]. 王暢暢,王國玉,黃彪.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(05)

博士論文
[1]液壓閥口空化機(jī)理及對(duì)系統(tǒng)的影響[D]. 杜學(xué)文.浙江大學(xué) 2008

碩士論文
[1]流量切斷瞬時(shí)V型閥口空化現(xiàn)象研究[D]. 林言丕.蘭州理工大學(xué) 2019
[2]液壓錐閥閥口空化流動(dòng)數(shù)值模擬[D]. 王萬春.蘭州理工大學(xué) 2019
[3]考慮熱力學(xué)效應(yīng)的空化模型修正及低溫空化流的數(shù)值模擬研究[D]. 王超超.江蘇大學(xué) 2018
[4]液壓節(jié)流閥內(nèi)流場非定�？栈匦匝芯縖D]. 徐化文.中國礦業(yè)大學(xué) 2018
[5]滑閥間隙中單個(gè)微米顆粒物旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象的研究[D]. 崔騰霞.蘭州理工大學(xué) 2018
[6]油壓錐閥閥口空化流動(dòng)數(shù)值模擬[D]. 王鵬飛.蘭州理工大學(xué) 2016
[7]高速空化流動(dòng)數(shù)值方法研究[D]. 王健.北京理工大學(xué) 2015



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