油压锥阀与水压锥阀空化特性的对比分析

油压锥阀与水压锥阀在空化特性方面有较大差异,其流场机制尚未明确。为此,利用VOF空化两相流数值模拟算法在OpenFOAM开源平台上开展流场模拟,研究水压锥阀与油压锥阀空化特性。结果表明,水压锥阀及油压锥阀的空化分布较为一致,集中在自由剪切层、壁面剪切层及阀芯后沿等位置,同时各区域的空化诱发机制相同。油压锥阀的近壁面漩涡空化呈现径向链状特征,而水压锥阀则为分散性的片状结构,不同的空化形态主要源于转捩过程的差异。另外,在高强度空化流动条件下,直角型油压锥阀的整体空化强度相对水压锥阀较大,而倒角型锥阀则相反。水压锥阀比油压锥阀更容易发生空化初生。研究分析了水压锥阀与油压锥阀的空化特性差异及相关机制,可为不同介质的液压阀设计提供理论参考。

水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性,对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真。结果表明,直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化,在阀口下游有漩涡空化;此外,倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化。倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速,对于0.6 mm开口度,在非空化流动下倒角型锥阀的射流中心流速比直角型锥阀高约30%,其节流系数分别为1.02和0.7,表明节流系数与射流中心流速值相关。在空化流动条件下,直角型锥阀的空化区域位于阀口较下游处,射流的剪切强度增强使有效通流面积变大,节流系数基本不变;倒角型锥阀受到附着型空化额外节流作用,节流系数缓慢减小。

水压锥阀内流场的数值模拟

在大雷诺数下应用雷诺应力湍流模型和计算流体力学方法对锥阀的内部流场进行数值仿真计算,着重研究阀的结构参数、入口压力、出口压力、阀口开度等对锥阀流场的影响.研究结果表明:阀的结构参数对流场的分布和气穴的产生有较大的影响.同时随着阀口开度、入口压力的增加,低压区逐渐扩大,压力逐渐下降,产生气穴的区域也随着扩大;而随着出口压力的升高,低压区的压力也逐渐升高,产生气穴的区域也逐渐缩小,对气穴有一定的抑制作用.

水压锥阀阀芯表面微造型的润滑性能研究

以水压锥阀为研究对象,通过在阀芯表面加工规律分布的表面微造型以改善阀腔内的润滑性能。基于CFD方法建立仿真模型,研究表面微造型的形貌、几何尺寸以及分布密度对阀腔内润滑性能的影响,研究结果表明:加工有圆台形表面微造型的水压锥阀阀腔内润滑性能较好;当单元微造型面积占有率Sp选择在40%左右,高度比δ选择在1.2左右时,阀腔内润滑性能较好;表面微造型分布密度越大,阀腔内润滑性能越好。

单体液压支柱水压锥阀阀口结构优化

以水作为工作介质的矿用单体液压支柱,水压锥阀阀口结构及流场分布直接影响支柱的支护性能,利用GAMBIT建立三种不同锥角的阀口结构,用FLuent分别对其压力、速度和湍动能进行仿真分析,得最优结构,并在此基础采用二级节流结构进行优化;研究表明:在传统的阀口结构中,阀口锥角为60°时流体流场分布较好,但仍存在负压和能量损失,优化后的二级节流结构内部流场分布更加均匀。

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。

直角阀座式水压锥阀空化射流特性数值模拟研究

为研究喷射流的漩涡空化,基于OpenFOAM平台使用VOF算法搭建可压缩的空化两相流的数学模型。对直角阀座式水压锥阀的空化射流进行三维动态模拟,并将瞬时空化结构、压力分布及节流系数与实验数据进行定量或定性的对比和流动特性分析。结果表明:喷射流的自由边界层诱发漩涡空化结构,锥阀阀芯锥形后沿处形成黏着型空化,而喷射流的壁面边界层未观察到空化现象;自由边界层空化结构的动态演变与漩涡结构的动态特性密切相关;流量特性曲线总体较为平稳,在空化作用下有轻微下降趋势;直角阀座处并不存在足以诱发空化的压降,阀芯表面的压力降梯度相对平缓,为漩涡空化分布及流量特性曲线的平稳趋势提供了合理解释;空化结构的动态演变过程揭示了漩涡空化与阀芯后沿的黏着空化存在明显的耦合。研究结果证明了水压锥阀内部空化喷射流动的动态特性,从流体力学的基础层面解释了空化诱发机制及相关效应。

黏度对锥阀空化动态特性的影响机制

针对黏度对锥阀空化特性的作用机理尚未明确的问题,对水压锥阀及油压锥阀空化射流进行三维动态数值模拟,分析造成其动态行为差异的流场行为,研究黏度对锥阀空化动态特性的影响机制。结果表明,油压锥阀与水压锥阀均同时存在漩涡空化及附着型空化,并且空化诱发机制基本一致。油压锥阀的转捩过程较为缓慢,其漩涡空化结构具有明显的拟序性;而水压锥阀则具有明显的三维特性。水压锥阀空化射流的剪切层厚度仅为0.01 mm左右,阀芯表面的片状漩涡结构源于近壁面剪切效应;而油液射流的剪切层厚度则大10倍以上,油压锥阀近壁面链状漩涡空化与射流核的局部分离流现象有关。在阀芯后沿处,水压射流的近壁面剪切强度是油压射流的3倍,水压锥阀附着型空化卷入部分漩涡空化,而油压锥阀附着型空化则被卷进漩涡空化。

纯水液压锥阀中二级节流的抗气蚀性能研究

为了研究二级节流结构在水压锥阀中的抗气蚀特性,首先从理论上进行分析,然后通过CFD软件,对不同锥角二级节流锥阀的三维流道进行气穴流场的数值模拟计算。通过仿真计算,得到相应的压力分布云图和气体体积百分比分布。分析压力分布对气体体积数的影响,并将结果与一级节流进行对比分析,采用二级节流使得节流口进出口压降减小,经过阀口的最低压力升高,气体体积百分数明显降低;在开度为0.4mm、阀芯半锥角为30°时,没有产生气泡,直接抑制气蚀的产生。因此,二级节流结构能够有效地减轻水压锥阀的气蚀现象。