液壓技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化傳動(dòng)與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,隨著科技的發(fā)展,對(duì)液壓系統(tǒng)中閥件的性能要求會(huì)越來(lái)越高。液壓錐閥作為液壓傳動(dòng)與控制中一種重要的基礎(chǔ)性元件,具有密封性好,過(guò)流能力強(qiáng),響應(yīng)快,抗污染能力強(qiáng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但錐閥在工作時(shí)流體的流動(dòng)狀況是很復(fù)雜的,液體經(jīng)過(guò)閥口時(shí)容易產(chǎn)生漩渦,不可避免的會(huì)發(fā)生氣穴現(xiàn)象,影響閥的性能,同時(shí)液動(dòng)力也是影響閥性能的主要因素。因此研究液壓閥的氣穴現(xiàn)象和液動(dòng)力對(duì)于提高閥的性能有著重要的意義。論文以純水為介質(zhì)的復(fù)雜流道的錐閥和普通錐閥作為具體的研究對(duì)象,利用Fluent進(jìn)行流場(chǎng)仿真時(shí)單向流模型由于忽略氣穴現(xiàn)象導(dǎo)致的流體某些參數(shù)的變化,不能準(zhǔn)確的模擬流場(chǎng),所以采用三維兩相數(shù)值模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式進(jìn)行了可視化研究,以不同的閥芯幾何結(jié)構(gòu)和不同的閥芯開(kāi)口作為主要研究的影響因素,來(lái)尋求氣泡產(chǎn)生的位置和數(shù)量的影響規(guī)律。針對(duì)液壓錐閥的特點(diǎn),建立不同閥芯開(kāi)口閥的流場(chǎng)三維模型,進(jìn)行網(wǎng)格劃分,采用兩相流模型、氣穴模型和標(biāo)準(zhǔn)k-?湍流模型,得到了流場(chǎng)的壓力場(chǎng)、速度場(chǎng)、氣體體積分?jǐn)?shù)的分布云圖,分析了邊界條件和關(guān)鍵幾何結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)錐閥氣穴的影響特點(diǎn)和規(guī)律,發(fā)現(xiàn)氣穴現(xiàn)象發(fā)生在流場(chǎng)最低壓力區(qū)域。發(fā)現(xiàn)邊界條件對(duì)錐閥氣穴有顯著的影響,進(jìn)口壓力降低,會(huì)使低壓區(qū)域減小,壓降減小,氣穴減弱,反之則會(huì)使氣穴增強(qiáng);閥芯開(kāi)口越大,閥口流通面積越大,流速下降,壓降減小,從而氣穴減弱甚至完全被抑制;閥芯錐角對(duì)氣穴有顯著的影響,當(dāng)錐角減小時(shí)會(huì)減弱氣穴現(xiàn)象,對(duì)于平底的閥芯錐閥更容易產(chǎn)生氣穴;相同條件下,內(nèi)流式錐閥比外流式錐閥更容易氣穴。設(shè)計(jì)氣穴現(xiàn)象及液動(dòng)力測(cè)試的試驗(yàn)臺(tái),采用具有良好透明性的有機(jī)玻璃材料制造閥塊,并應(yīng)用高速攝像機(jī)拍攝閥內(nèi)氣泡和氣穴的產(chǎn)生、發(fā)育及潰滅過(guò)程。從內(nèi)流式和外流式兩種工況入手,得出不同工況下氣穴現(xiàn)象的區(qū)域以及發(fā)生的程度,驗(yàn)證了仿真的可行性和準(zhǔn)確性。還得出以下結(jié)論:隨著閥芯開(kāi)口的增大,發(fā)生氣穴的區(qū)域會(huì)往接近出口處轉(zhuǎn)移。由于液動(dòng)力的存在會(huì)使錐閥的輸入信號(hào)與閥芯位移呈現(xiàn)不確定關(guān)系,而且造成液壓閥的不穩(wěn)定性,影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。通過(guò)對(duì)錐閥閥芯錐面壓力進(jìn)行計(jì)算可得閥芯所受穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用力傳感器對(duì)閥芯所受的力進(jìn)行采集。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH137.52
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究目的和意義
    1.2 氣穴及氣泡現(xiàn)象研究現(xiàn)狀
        1.2.1 氣穴氣泡形成機(jī)理
        1.2.2 空泡特征及空化破壞
        1.2.3 氣液兩相流的研究概述
        1.2.4 液壓元件及系統(tǒng)中氣穴的研究概述
    1.3 液壓閥液動(dòng)力研究現(xiàn)狀
    1.4 論文主要內(nèi)容
第二章 閥內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值分析
    2.1 數(shù)值分析的計(jì)算模型
        2.1.1 Fluent簡(jiǎn)介
        2.1.2 計(jì)算模型
        2.1.3 網(wǎng)格劃分及邊界條件
    2.2 流場(chǎng)計(jì)算數(shù)學(xué)模型
        2.2.1 氣泡動(dòng)力學(xué)分析
        2.2.2 連續(xù)性方程
        2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型
        2.2.4 多相流氣穴模型
    2.3 復(fù)雜流場(chǎng)仿真計(jì)算與分析
        2.3.1 不同閥芯閥芯開(kāi)口下的流場(chǎng)CFD模擬
        2.3.2 不同壓力下流場(chǎng)的CFD模擬
    2.4 普通錐閥的CFD仿真
        2.4.1 內(nèi)流式錐閥的流場(chǎng)的CFD模擬
        2.4.2 外流式錐閥的流場(chǎng)的CFD模擬
    2.5 本章小結(jié)
第三章 試驗(yàn)原理及研究方法
    3.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    3.2 可視化液壓閥的設(shè)計(jì)
    3.3 試驗(yàn)臺(tái)的搭建
        3.3.1 液壓元件的選擇
        3.3.2 試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建
    3.4 本章小結(jié)
第四章 液壓閥試驗(yàn)結(jié)果分析
    4.1 氣穴及液動(dòng)力的主要影響因素
    4.2 氣穴現(xiàn)象試驗(yàn)結(jié)果分析
        4.2.1 不同閥芯開(kāi)口對(duì)氣穴的影響
        4.2.2 不同結(jié)構(gòu)對(duì)氣穴的影響
    4.3 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 課題總結(jié)
    5.2 課題展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

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