本文關鍵詞：高溫流量控制閥研究

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【摘要】：高溫流量控制閥是某型沖壓發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的核心部件之一,其性能的優(yōu)劣決定著能否對燃油流量進行實時、準確、穩(wěn)定的控制。流經流量控制閥的燃油溫度能夠達到500～600℃,熱是影響高溫流量控制閥結構、性能的關鍵影響因素。利用耦合場理論,借助計算工具,研究了高溫流量控制閥的熱力學特性、高溫閥閥內流場特性以及高溫流量調節(jié)的動態(tài)特性等,并進行了試驗驗證。采用多場耦合的方法,對高溫流量控制閥進行了熱力學研究�；跓崃W理論和彈性力學理論,建立了高溫閥溫度快速變化時的熱彈耦合模型,并對模型進行了數值求解。以理論分析為基礎,考慮了溫度場和應力場的相互作用,利用軟件研究了利用45#鋼和GH783合金材料制造的控制閥的熱力學特性,進行了溫度場、熱應力以及熱應變仿真。仿真結果顯示,GH783合金制造的流量控制閥其熱力學特性能夠滿足控制閥的要求,流量控制閥閥口邊緣處和閥芯前端的熱應力、熱應變最大,影響燃油在控制閥閥口處的流動特性,為了降低變形對流量調節(jié)精度的影響,高溫閥閥口結構改為圓角過渡形式�；诹黧w力學和固體力學的相關理論,分析燃油與閥芯、閥體之間的耦合作用機理,建立了高溫燃油流量控制閥的流固耦合模型,分別對流量控制閥流體域和固體域進行了分析,建立了高溫流量控制閥的流固耦合方程,并推導出完整的數值計算方法。在理論分析基礎上,利用計算機軟件,對高溫流量控制閥進行了流場仿真,分析了閥口開度、閥入出口壓力以及燃油流速與控制閥的流量之間關系,獲得了流量閥在不同壓差和閥口開度下的流量系數,根據流量系數曲線,擬合獲得了流量系數方程。分析了高溫流量控制閥先導閥的工作原理,建立了先導閥的數學模型；通過分析控制閥閥芯的受力情況、閥口的流量特性,建立了流量控制閥主閥的流量方程；結合兩個模型,建立了高溫燃油流量控制閥的傳遞函數。采用Matlab/Simulink對壓力閉環(huán)反饋控制和位移閉環(huán)反饋控制兩種方式進行了仿真研究,結果表明,位移閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)動態(tài)響應快,抗外負載干擾能力強,控制精度高,但是適應的溫度較低。而壓力閉環(huán)反饋控制,雖然精度低于位移閉環(huán)控制,但其可適應高溫,系統(tǒng)響應時間能夠滿足系統(tǒng)要求,為高溫流量調節(jié)系統(tǒng)的理想選擇。測試了高溫燃油流量控制閥的熱力學特性,利用試驗結果修正了軟件仿真結果,驗證了仿真結論的可靠性；測試了高溫燃油流量控制閥控制特性,激勵方式選用正弦激勵和方波激勵兩種方式,分別測試了閥芯位移閉環(huán)反饋控制和波紋管腔控制氣體壓力反饋控制的系統(tǒng)動態(tài)響應,并在試驗結果分析基礎上,修正試驗參數,最后進行了高溫下流量調節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)響應和流量響應測試,結果表明,該燃油流量控制系統(tǒng)能夠滿足項目要求。
【關鍵詞】：高溫流量控制閥 耦合分析 閥口熱應變 高溫流場 高溫流體流量控制
【學位授予單位】：遼寧工程技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V235.213
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 研究背景及研究意義12-14
• 1.2 控制閥國內外研究現狀14-22
• 1.2.1 沖壓發(fā)動機研究現狀14-15
• 1.2.2 高溫燃油流量控制閥研究現狀15-17
• 1.2.3 高溫流量控制閥熱力學研究現狀17-20
• 1.2.4 多場耦合的研究狀況20-22
• 1.2.5 錐閥式流量控制閥研究22
• 1.3 課題來源及主要研究內容22-24
• 2 高溫閥多場耦合基本理論與方法24-38
• 2.1 閥內傳熱模型與求解24-28
• 2.1.1 基本假設24
• 2.1.2 數學模型24-28
• 2.2 閥體熱彈耦合理論模型28-37
• 2.2.1 控制閥熱力學數學模型28-31
• 2.2.2 熱彈耦合模型31-33
• 2.2.3 熱彈耦合模型求解33-37
• 2.3 本章小結37-38
• 3 基于耦合分析的高溫閥溫度場與應力場分析38-56
• 3.1 基于熱彈耦合的高溫閥溫度場計算與分析38-51
• 3.1.1 流量控制閥的結構38-40
• 3.1.2 高溫閥熱力學模型的建立40-44
• 3.1.3 高溫閥耦合溫度場的總體狀態(tài)分析44-47
• 3.1.4 閥口關閉時控制閥的瞬態(tài)溫度場仿真分析47-51
• 3.2 高溫流量控制閥熱應力與熱應變仿真分析51-55
• 3.2.1 閥口全開時高溫控制閥的熱應力場仿真分析51-53
• 3.2.2 閥口關閉時高溫控制閥的熱應力與熱應變仿真分析53-55
• 3.3 本章小結55-56
• 4 基于耦合理論的高溫流量控制閥流場分析56-78
• 4.1 高溫流量控制閥流固耦合模型56-65
• 4.1.1 流量控制閥流固耦合系統(tǒng)的基本方程的建立56-63
• 4.1.2 基于流固耦合的有限元方程建立63-65
• 4.2 高溫流量控制閥流場仿真建模65-67
• 4.3 高溫流量控制閥流場仿真分析67-77
• 4.3.1 壓力仿真結果分析67-71
• 4.3.2 流速與流量仿真結果分析71-75
• 4.3.3 流量控制閥流量系數研究75-77
• 4.4 本章小結77-78
• 5 高溫流量控制閥控制特性研究78-103
• 5.1 高溫流量控制閥先導控制數學模型的建立78-82
• 5.1.1 氣體流量連續(xù)性方程79-80
• 5.1.2 氣缸的壓力微分方程80-81
• 5.1.3 伺服閥壓力-流量方程81-82
• 5.2 高溫流量控制閥錐閥部分數學模型的建立82-88
• 5.2.1 控制閥流量方程82-83
• 5.2.2 流量控制閥閥芯受力分析83-88
• 5.3 高溫流量控制閥傳遞函數88-89
• 5.4 高溫流量控制閥流量特性的仿真研究89-102
• 5.4.1 控制閥技術要求及仿真參數90
• 5.4.2 高溫流量控制閥閥芯位移閉環(huán)控制特性仿真90-96
• 5.4.3 高溫流量控制閥壓力閉環(huán)控制特性仿真96-101
• 5.4.4 位移閉環(huán)反饋控制與壓力閉環(huán)反饋控制效果對比101-102
• 5.5 本章小結102-103
• 6 高溫流量控制閥的試驗研究103-125
• 6.1 高溫流量調節(jié)試驗系統(tǒng)103-108
• 6.1.1 試驗原理103-104
• 6.1.2 燃料供給系統(tǒng)104-106
• 6.1.3 燃料流量控制系統(tǒng)106
• 6.1.4 數據采集系統(tǒng)106-108
• 6.2 試驗步驟108
• 6.3 高溫流量控制閥熱力學特性試驗研究108-113
• 6.4 高溫流量控制閥控制特性試驗研究113-124
• 6.4.1 閥芯位移閉環(huán)控制試驗114-117
• 6.4.2 波紋管腔氣體壓力閉環(huán)反饋控制試驗117-122
• 6.4.3 高溫下壓力閉環(huán)控制試驗122-123
• 6.4.4 試驗結果與仿真比較分析123-124
• 6.5 本章小結124-125
• 結論及展望125-127
• 參考文獻127-134
• 作者簡歷134-137
• 學位論文數據集137-138
• 附件138

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本文編號：1108307