發(fā)布時間：2020-08-14 13:47

【摘要】： 安全閥是液壓傳動與控制系統(tǒng)中的重要元件,它維護著整個液壓系統(tǒng)的安全,閥內(nèi)的流場特性直接影響閥的性能。本文利用計算流體動力學CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件FLUENT對液壓支架安全閥的流場進行了數(shù)值模擬與分析計算。 本文按照實際使用中的安全閥的參數(shù),采用AutoCAD和UG軟件,建立了安全閥流場的二維和三維幾何模型。運用FLUENT前處理軟件GAMBIT進行了網(wǎng)格的劃分。在FLUENT軟件中對兩種模型的流場進行了穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬,并對二維模型進行了動態(tài)模擬。 在開口度相同、邊界條件不同和開口度不同、邊界條件相同時對流場進行模擬,找出影響安全閥流場壓力和速度分布的因素。過流斷面面積突變處,存在回流現(xiàn)象,從而會出現(xiàn)漩渦區(qū)。在穩(wěn)仿真過程中,邊界條件是固定的,改變邊界條件重新進行穩(wěn)態(tài)仿真,得到最低壓強為負值,求出在節(jié)流口處壓強最低為-0.92MPa,計算出在節(jié)流口處壓強最低時的空化系數(shù)為-0.028,會產(chǎn)生氣穴。下面采用空化模型進行仿真,得到汽化水的體積分數(shù)為0.892,證明確實產(chǎn)生了氣穴。通過壓力和速度矢量圖可以看到在閥內(nèi)出現(xiàn)了漩渦和氣穴,從而將產(chǎn)生噪聲和振動,嚴重影響閥的工作性能和效率,對閥的流道進行改進,把面積直角突變改為平滑圓角過渡,通過仿真發(fā)現(xiàn)截流口處的最低壓力明顯提高,漩渦的數(shù)量和強度均降低。把改進后模型的仿真結(jié)果與原模型的仿真結(jié)果進行比較,為閥的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。 閥芯的運動速度為0.001m/s,得到了閥芯在運動過程中的壓力和速度矢量分布圖,閥芯在閉合的過程中液體的流動比開啟過程和靜態(tài)時的流動曲線圖要復雜得多,漩渦的數(shù)量和強度都大,由于漩渦的出現(xiàn),速度就在各個方向上都有分量。 對閥芯受到的穩(wěn)態(tài)液動力和總的作用力進行了理論分析和模擬計算,把仿真結(jié)果與理論結(jié)果相比較得到:開口度一定時,壓力越大,總作用力和穩(wěn)態(tài)液動力越大;壓力一定時,開口度越大,總作用力和穩(wěn)態(tài)液動力越小。與理論相一致,而且計算值總是大于仿真值。所進行的研究工作對安全閥的設(shè)計和性能優(yōu)化提供了依據(jù)。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH137.52
【圖文】：

安全閥是壓力控制閥的一種，它利用流液流過節(jié)流口產(chǎn)生壓力損失來減壓，當液壓系統(tǒng)所受外力大于安全閥的額定壓力時，安全閥開啟、溢流，從而保障系統(tǒng)的安全‘，ol。圖3一1是本文所研究安全閥結(jié)構(gòu)簡圖的一部分，它有兩組出油口同時卸載、排油。出字由口B出油口A進油口\\\、、、、 \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ///////////////////////卜\\土1‘、分價一 }}}廠廠、川 川網(wǎng)網(wǎng) 網(wǎng) 網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng) AAA工 工 工 工工工工工工工工工工工工工工工 十 十 十 十十十/，」一 一l夕廠/廠‘ ‘ OOOOOOOOOl}}}儀_-.應(yīng)賢竺竺丁卜份一州 州州州 州 州 州 l}}}產(chǎn)一r一l--------------一 }}} 叮叮叮不不 ///’ ’伴 伴 伴 伴 lll\夕 夕口口 口 口’\\..份es州贊氣于濘 濘 ‘‘‘‘‘‘‘‘‘ ‘ ‘‘、\.、‘、、.1、、一‘·· 圖3一1安全閥結(jié)構(gòu)簡圖 F193一 1Thestrueturesehemeofsafetyvalve 3.1.2安全閥流道的幾何模型對安全閥閥道內(nèi)的紊流流動進行數(shù)值模擬，需要適當?shù)膸缀文Ｐ秃蛿?shù)學模型，模型的確定對以后的計算仿真工作有著決定性的作用。模型的建立需遵循兩個原則:l、模型的物理真實性;2、數(shù)學計算的可行性。物理的真實性要求所建立的幾何模型盡量反映計算對象的本質(zhì)

如:轉(zhuǎn)換和調(diào)解節(jié)點坐標系，對并行處理劃分單元，在計算區(qū)域內(nèi)對單元重新排序以減少帶寬以及合并和分割區(qū)域等。FLUENT在二維問題中可以使用由三角形、四邊形或混合單元組成的網(wǎng)格，如圖3一3所示。網(wǎng)格的選擇依賴于具體的問題，在選擇網(wǎng)格的時候，你應(yīng)該考慮下列問題:.初始化的時間.計算花費.數(shù)值耗散

為比較開口度不同對仿真結(jié)果的影響，分別在開口度在1.0和2.omln時建立幾何模型，圖3一4是開口度為2.Olnln時的二維幾何模型。圖3一4安全閥流道的二維網(wǎng)格模型Fig3一 4Gridoftwodimensjonofsafetyvalve，sflowfield3.2.2自適應(yīng)網(wǎng)格由于安全閥實際流場的復雜性，均勻網(wǎng)格己不適用于很多復雜流動的數(shù)值模擬。為了夢算復雜流場，如果流場中數(shù)值解是光滑的且給定網(wǎng)格點數(shù)時可采用高精度計算方法，但這樣計算方法會很復雜。如今計算量己經(jīng)不是主要限制，所以提高精度和分辨細部常主要依靠網(wǎng)格的合理布置和適當加密。自適應(yīng)網(wǎng)格法不是從差分格式的構(gòu)成出發(fā)，而是從網(wǎng)格生成的途徑來達到提高精度的要求。根據(jù)情況變化自動調(diào)整網(wǎng)格，這種能力叫作適應(yīng)性，一是幾何適應(yīng)性，如在生成網(wǎng)格和存在動邊界時根據(jù)域的幾何形狀作出調(diào)整。二是解適應(yīng)性，在求解過程中不斷根據(jù)數(shù)值解重新分布節(jié)點和局部增減節(jié)點，它可以從物理量的梯度出發(fā)構(gòu)成網(wǎng)格。物理量光滑的地方，網(wǎng)格分布稀疏一些，而物理量梯度大的地方，網(wǎng)格加密。這樣充分地利用了計算資源，不會出現(xiàn)不必要的網(wǎng)格單元增加的現(xiàn)象。Fluent中自適應(yīng)網(wǎng)格完善特征允許我們根據(jù)數(shù)據(jù)計算結(jié)果來修改網(wǎng)格梳密布置或網(wǎng)格走向。跟結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相比減少創(chuàng)建時間，不會帶來因插入新的網(wǎng)格點。根據(jù)建立的初始網(wǎng)格，對閥內(nèi)的流場進行初步的計算。因為考慮到閥節(jié)流口處的壓差變化比較大，容易產(chǎn)生氣蝕，引起閥的振動等?

【參考文獻】

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本文編號：2793112