本文在參閱大量國內(nèi)外有關(guān)流體動(dòng)力技術(shù)、計(jì)算流體力學(xué)、流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方 法、流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可視化技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)等相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)確 定了復(fù)雜流道和液壓閥中流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，首次用有限元方法對(duì)液壓技術(shù)中各 種異形斷面流道、各種復(fù)雜流道和液壓閥內(nèi)部流道等的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并將計(jì) 算結(jié)果以可視化的圖形圖像形式給出，在此基礎(chǔ)上定性分析了流場(chǎng)結(jié)構(gòu)（速度、流 線、流動(dòng)的分離與再附壁，旋渦的產(chǎn)生與消失等）與噪聲、能量損失的關(guān)系。同時(shí) 對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行DPIV（Digital Particle Image Velocimetry）實(shí)驗(yàn)可視化研究，驗(yàn)證了數(shù)值 計(jì)算的正確性。為設(shè)計(jì)高效率、低能耗、低噪聲的液壓閥和流體管道系統(tǒng)奠定了基 礎(chǔ)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 第一章綜述了液壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及本科題的意義、來源，介紹了液壓技術(shù)中液 體在復(fù)雜流道中的流動(dòng)問題，簡(jiǎn)單敘述了計(jì)算流體力學(xué)中的各種數(shù)值計(jì)算方法，較 為詳細(xì)地介紹了計(jì)算流體力學(xué)在液壓技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，論述了流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算可視 化技術(shù)，概述了流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可視化技術(shù)中的各種方法，闡述了計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理在 流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可視化中的應(yīng)用，確定了本文的主要研究?jī)?nèi)容。 第二章建立了支配異形斷面流道內(nèi)流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并用有限元方法進(jìn)行 離散。對(duì)包括等邊三角形斷面流道、矩形斷面流道、梯形斷面流道、半橢園形斷面 流道等各種異形斷面流道，在不同流動(dòng)條件下斷面上的速度、流量等參數(shù)進(jìn)行數(shù)值 計(jì)算，并與有關(guān)的解析結(jié)果相比較，證明了所用方法的正確性。為工程實(shí)際中設(shè)計(jì) 和選擇異形斷面流道提供依據(jù)。 第三章簡(jiǎn)述了用有限元方法求解流體流動(dòng)問題時(shí)，可以采用的幾種不同形式的 數(shù)學(xué)模型，并簡(jiǎn)要說明了各種形式的特點(diǎn)。然后從連續(xù)性方程和Navier-Stokes方 程出發(fā)，推導(dǎo)出無量綱流函數(shù)-渦量式。分別介紹了當(dāng)采用三節(jié)點(diǎn)三角形單元和四 節(jié)點(diǎn)等參四邊形單元時(shí)，如何對(duì)單元進(jìn)行有限元分析，以及如何計(jì)算各相關(guān)系數(shù)等。 這是能否用有限元方法正確描述流場(chǎng)的關(guān)鍵。 第四章分析研究了在用有限元方法求解流函數(shù)—渦量式時(shí)，如何確定進(jìn)口處、 出口處，上、下壁面處，角點(diǎn)處等流函數(shù)和渦量的邊界條件，特別是渦量邊界條件。 對(duì)幾種不同的渦量邊界條件的確定方法進(jìn)行了討論，并以平行平板管道中的流動(dòng)為 例進(jìn)行計(jì)算，以便確定它們的精度。在此基礎(chǔ)上計(jì)算方腔驅(qū)動(dòng)流動(dòng)和后臺(tái)階流動(dòng)， 并討論進(jìn)、出流邊界條件對(duì)后臺(tái)階流動(dòng)的影響。這是進(jìn)一步研究液壓技術(shù)中各種復(fù) 雜流道流場(chǎng)的前期和基礎(chǔ)工作。 第五章針對(duì)液壓技術(shù)中常見的斷面突然擴(kuò)大管道、斷面突然縮小管道、液壓集 成塊內(nèi)部的復(fù)雜流道、各種節(jié)流孔口（包括薄壁孔口、偏置細(xì)長(zhǎng)孔口）等的流場(chǎng)進(jìn) 行有限元數(shù)值模擬，并給出流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算可視化圖形圖像，在此基礎(chǔ)上定性分析 流體噪聲、能量損失與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系等，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為分析管 道系統(tǒng)的能量損失和降低噪聲奠定理論基礎(chǔ)。 第六章用有限元方法對(duì)液壓傳動(dòng)與控制中最常見的兩種結(jié)構(gòu)形式的液壓閥—液 壓滑閥和液壓錐閥流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值預(yù)報(bào)，給出不同開口度和不同結(jié)構(gòu)尺寸下流場(chǎng)結(jié)構(gòu) 的可視化圖像，定性分析渦旋的產(chǎn)生對(duì)流體噪聲及能量損失可能產(chǎn)生的影響，并對(duì) 閥的流道結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。 第七章建立流場(chǎng)DPIV實(shí)驗(yàn)可視化系統(tǒng)，制做突然擴(kuò)大流道模型，外流式錐閥 燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文 模型和滑閥模型，并利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)對(duì)模型的速度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。利用圖像處 理分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理，給出模型流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)可視化圖 像，并與有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)可視化之間出現(xiàn)誤 差的各種可能原因進(jìn)行了分析，便于今后進(jìn)一步研究中加以注意和改進(jìn)。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2001
【中圖分類】：TH137;TB126
【文章目錄】：
中文摘要
Absttact
第1章 緒論
    1.1 液壓技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及本課題的意義
    1.2 計(jì)算流體力學(xué)及其在液壓技術(shù)中的應(yīng)用
        1.2.1 液壓技術(shù)中液體在復(fù)雜流道中的流動(dòng)問題
        1.2.2 計(jì)算流體力學(xué)中的各種數(shù)值計(jì)算方法
        1.2.3 計(jì)算流體力學(xué)在液壓技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.3 流場(chǎng)可視化技術(shù)
        1.3.1 數(shù)值計(jì)算可視化技術(shù)
        1.3.2 實(shí)驗(yàn)可視化技術(shù)
        1.3.3 計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理在流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可視化中的應(yīng)用
    1.4 本文的主要研究工作
第2章 異形斷面流道斷面參數(shù)的有限元模擬與分析
    2.1 液壓技術(shù)中異形斷面流道的應(yīng)用
    2.2 數(shù)學(xué)模型
        2.2.1 基本假設(shè)
        2.2.2 基本方程
    2.3 變分有限元分析
        2.3.1 泛函表達(dá)式
        2.3.2 區(qū)域剖分
        2.3.3 確定插值函數(shù)及單元分析
        2.3.4 總體合成及邊界條件的處理
    2.4 斷面上的流量、平均速度和雷諾數(shù)的計(jì)算
    2.5 計(jì)算實(shí)例
        2.5.1 等邊三角形斷面流道
        2.5.2 矩形斷面流道
        2.5.3 梯形斷面流道
        2.5.4 半橢圓形斷面流道
    2.6 本章小結(jié)
第3章 流函數(shù)-渦量式及其有限元算法分析
    3.1 引言
    3.2 無量綱流函數(shù)-渦量式的推導(dǎo)
    3.3 有限元分析
        3.3.1 積分表達(dá)式
        3.3.2 單元分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 有限元法求解流函數(shù)-渦量式時(shí)邊界條件的處理
    4.1 概述
    4.2 壁渦公式及邊界條件處理
        4.2.1 壁面邊界處理
        4.2.2 對(duì)稱邊界處理
        4.2.3 上邊界處理
        4.2.4 進(jìn)流邊界處理
        4.2.5 出流邊界處理
        4.2.6 尖角點(diǎn)處理
    4.3 計(jì)算實(shí)例
        4.3.1 平行板管道流動(dòng)
        4.3.2 方腔流動(dòng)
        4.3.3 后臺(tái)階流動(dòng)
    4.4 本章小結(jié)
第5章 復(fù)雜流道流場(chǎng)的數(shù)值模擬與分析
    5.1 液流流經(jīng)突然擴(kuò)大管道的層流流動(dòng)
        5.1.1 計(jì)算條件一
        5.1.2 計(jì)算條件二
        5.1.3 計(jì)算條件三
        5.1.4 計(jì)算條件四
        5.1.5 計(jì)算條件四
    5.2 突然縮小的管道流動(dòng)
    5.3 液壓集成塊內(nèi)彎曲流道流場(chǎng)的計(jì)算
    5.4 液壓固定節(jié)流口流場(chǎng)的計(jì)算
        5.4.1 薄壁孔口
        5.4.2 偏置細(xì)長(zhǎng)孔口
    5.5 本章小結(jié)
第6章 液壓錐閥和滑閥流場(chǎng)的有限元模擬與分析
    6.1 概述
    6.2 液壓錐閥流場(chǎng)的計(jì)算與分析
        6.2.1 閥口開度x=0.3
        6.2.2 閥口開度x=0.2
        6.2.3 閥口開度x=0.1
        6.2.4 不同閥芯結(jié)構(gòu)
        6.2.5 不同閥座尺寸
        6.2.6 不同閥芯半錐角
    6.3 液壓滑閥流場(chǎng)的模擬與分析
        6.3.1 出口節(jié)流滑閥
        6.3.2 進(jìn)口節(jié)流滑閥
    6.4 本章小結(jié)
第7章 PIV實(shí)驗(yàn)可視化技術(shù)
    7.1 全場(chǎng)測(cè)速技術(shù)概述
        7.1.1 分子示蹤全場(chǎng)測(cè)速技術(shù)
        7.1.2 粒子示蹤全場(chǎng)測(cè)速技術(shù)
    7.2 PIV技術(shù)的基本原理
        7.2.1 示蹤粒子
        7.2.2 光源
    7.3 DPIV實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        7.3.1 液體循環(huán)原理圖
        7.3.2 DPIV實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
    7.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        7.4.1 突然擴(kuò)大管道模型
        7.4.2 外流式錐閥模型
        7.4.3 滑閥模型
    7.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間所發(fā)表的論文
致謝
附錄

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 程曉蒙,雷步芳,李永堂;液壓閥CFD研究方法在CAD/CAE一體化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];鍛壓裝備與制造技術(shù);2004年03期

2 郗志剛;;基于錐閥實(shí)體模型的內(nèi)部流場(chǎng)可視化分析[J];佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年06期

3 鄭麗;李清廉;羅澤明;沈赤兵;;減壓器關(guān)閉過程內(nèi)部流場(chǎng)的動(dòng)態(tài)仿真和特性分析[J];航空發(fā)動(dòng)機(jī);2011年06期

4 高殿榮,王益群 ,劉繼剛;自適應(yīng)有限元方法及其在液壓技術(shù)中的應(yīng)用前景[J];液壓氣動(dòng)與密封;2001年05期

5 盛國成;劉智強(qiáng);;液壓錐閥閥口流場(chǎng)數(shù)值模擬與仿真分析[J];科技資訊;2007年24期

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3 蘇欣平;高壓容腔三維流場(chǎng)的有限元數(shù)值計(jì)算及其在球形穩(wěn)壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2005年

4 劉曉紅;液壓泵閥空蝕特性的研究[D];西南交通大學(xué);2008年

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3 侯煜;可變寬度水幕式冷卻裝置的流場(chǎng)分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2006年

4 何欣;基于幾何圖元的管道流體可視化算法研究[D];燕山大學(xué);2006年

5 孫明智;軸向柱塞泵軸向流道的研究[D];西南交通大學(xué);2007年

6 陳海斌;迷宮型灌水器滴頭數(shù)值模擬及快速原型制造[D];昆明理工大學(xué);2007年

7 石銀;全液壓轉(zhuǎn)向器的流場(chǎng)分析及其特性研究[D];江蘇大學(xué);2007年

8 潘林;非圓形域噴頭調(diào)節(jié)器的內(nèi)部流場(chǎng)研究及性能測(cè)試[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2007年

9 王東升;節(jié)流槽滑閥閥口流量系數(shù)及穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力計(jì)算的研究[D];蘭州理工大學(xué);2008年

10 婁磊;軸向柱塞泵動(dòng)力特性及配流盤內(nèi)流場(chǎng)特性研究[D];蘭州理工大學(xué);2010年

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