高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。

薄壁筒内异形槽电解加工流场优化及工艺试验

针对薄壁筒内异形槽电解加工流场不均匀、阴极易短路、加工表面质量差的问题,提出分流式与直流式两种阴极供液方法,分别建立了分流式与直流式阴极的几何模型及间隙流场数学模型,通过对两种供液方式的间隙流场仿真,探索供液方式对间隙流场均匀性的影响规律,并开展工艺试验进行验证。结果表明,在加工中采用分流式阴极比直流式阴极供液的流场均匀,在优选的工艺参数下加工可避免阴极短路,提升薄壁筒内异形槽电解加工的表面质量。

一种液压缸变间隙密封结构及流场分析

传统的液压缸间隙密封,因其密封间隙恒定而存在压力升高泄漏随之增大的矛盾。为此,提出一种压力自适应型液压缸变间隙密封结构,在压力作用下活塞中部产生径向弹性变形从而改变密封间隙。基于弹性力学薄壳理论得到活塞径向变形公式,利用ANSYS有限元软件分析了变形区域宽度、厚度等因素对内泄漏和摩擦力特性的影响。结果表明,该密封结构的密封间隙能随压力改变而自适应地变化,从而有效地调节内泄漏,提升密封性能,为设计和制造提供了理论依据。

不同荷载管道车弯管启动时环隙流场数值模拟

为研究不同荷载条件下管道车在弯管启动时环隙流场的分布,采用数值模拟结合物理模型试验验证的方法研究不同荷载管道车水平弯管启动时环隙流场。结果表明,荷载的增加不会改变缝隙流场流速的整体分布规律,仅仅改变缝隙流场流速数值的大小;不同荷载条件下,水平弯管内管道车缝隙流场轴向流速从管道内壁到管道车外壁有先增大后减小的规律。周向流速在管道车缝隙流入口断面处和车中断面处分布较为均匀,但在缝隙流出口断面处出现密封盖两侧流速相反分布。径向流速越远离支撑体和密封盖分布越均匀,且在管道车缝隙流出口断面支撑体处出现流速明显增大现象。该研究解释了环状缝隙流场分布规律形成原因,获得了不同荷载管道车在弯管处启动时缝隙流场的流速分布规律。在完善丰富环状缝隙流理论的同时,为筒装料管道水力输送的应用提供了理论依据。

具有楔形间隙的圆筒式磁流变液离合器传动性能研究

针对传统的圆筒式磁流变液传动装置存在轴向长度过长且传递转矩较小的问题,提出一种具有楔形间隙的圆筒式磁流变液离合器。运用有限元法对装置进行磁场仿真,在相同输入电流下,分析不同截面下不同间隙厚度的磁场分布,得出磁流变液的剪切屈服应力。根据传动装置的结构特点和Bingham模型理论,基于计算流体动力学对楔形间隙内流场的速度、压力、黏度及剪切应力分布进行分析,得到传递转矩随结构和转速的变化。研究结果表明,磁流变液间隙差越大,该楔形间隙提供的转矩越大;同时,磁流变液在挤压强化后,剪切屈服应力显著增加;在磁感应强度为0.55 T,初始屈服应力为30 kPa的条件下,同转速60 rad/s下相较于传统圆筒式磁流变液离合器,传递转矩提升了约1.12倍。

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明:随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。

聚晶金刚石复合片电火花线切割加工电极丝损耗研究

采用电火花线切割方法对聚晶金刚石复合片(PDC)进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了电极丝表面的显微形貌。从微观角度研究了PDC超硬材料电火花线切割加工的电极丝损耗机理,探讨了电参数和冲液条件等因素对电极丝损耗的影响。实验研究发现,采用贴附式高压喷液方式在高电压、小脉宽、大峰值电流的加工条件下,PDC切割效率为19.35mm^2/min,电极丝损耗为1.5~2μm(10~4 mm^2切割量),较常压喷液方式切割效率提高51.6%,丝损降低15.2%。

基于ANSYS Workbench的风扇流场数值仿真

针对通用型风扇Z-490的特点,利用ANSYS Workbench 13.0软件建立风扇RNG k-ε模型,将风扇流场建模、流场计算和结果后处理集成在同一平台中进行.计算了风扇的静压、功率、效率和流量,分析了静压、功率、效率与流量的关系,并与风筒试验结果进行对比,验证所建立仿真模型用于风扇流场仿真的可行性.通过对风扇叶尖附近流场的研究,分析了叶尖附近产生回流及风扇效率低下的原因.通过比较无旋转环和有旋转环风扇的静压和效率,研究不同因素对风扇性能的影响.结果表明:安装旋转环可以增大风扇静压,提高风扇效率.旋转环宽度为40 mm时能获得更好的风扇性能.研究结果为风扇的设计与制造提供了一定的理论依据.

表面粗糙度对滑阀式液压阀缝隙流动特性的影响

基于W-M函数建立滑阀式液压阀阀芯与阀腔微观表面各向异性的三维形貌模型,并建立阀芯与阀腔间缝隙流动模型;运用Fluent软件分析液压油在压差与剪切共同作用下在缝隙中流动时油压和流速的变化。结果表明:当油液在压差与剪切共同作用下缝隙中流动时,阀芯表面的剪切力大于阀腔,阀芯与阀腔的表面粗糙度越大,剪切力的波动程度越大,油液受到的阻碍作用越大,油液的流速越小;阀芯的表面粗糙度越大,其径向不平衡力越加剧,从而会造成阀芯与阀腔的磨损加快。

超声振动辅助电火花铣削间隙流场分析与验证

为研究超声振动对电火花铣削间隙流场的作用,根据流场理论将超声振动辅助电火花铣削间隙流场简化为二维流场,建立间隙流场动力学基本方程并推导出间隙流场在x和y方向的压力变化方程。通过Fluent有限元软件建立二维轴对称旋转仿真模型,验证该方程的正确性。分析了间隙流场交变压力的作用,并进行实验验证。研究结果表明:在超声振动的作用下,加工间隙中电介质沿x和y方向超声频率周期性变化的压力增强了空穴作用,促进了电介质的循环,减少了短路和电弧放电,提高了加工过程的稳定性和加工效率,进而提高工件材料去除率,同时能够减小火花放电凹坑深度,使工件加工表面的熔融金属铺展得更均匀,从而降低工件加工表面粗糙度。

基于内冲液的电火花小孔加工间隙流场仿真研究

电火花加工小孔时,间隙流场中的电蚀产物和气泡如果不能及时排出,会严重影响加工效率和加工质量。通过对电火花间隙流场特性分析,建立三维圆柱组合体间隙流场几何模型,运用FLUENT软件中VOF、DPM模型和二次开发功能来实现电蚀产物和气泡在底面加工间隙内不断随机生成,建立电火花小孔加工间隙流场气–液–固三相流耦合仿真模型,并加入中空内冲液排屑方法,仿真分析了不同冲液速度和不同加工深度下电蚀产物和气泡在间隙流场中的分布情况。对电蚀产物颗粒分布进行统计,表明增大内冲液速度能够促进电蚀产物排出,减少底面和侧面间隙内气泡相的浓度。加工深度越小,底面间隙处向上的速度越大,电蚀产物和气泡越容易排出。

水压圆周缝隙流动特性的仿真研究

对水压圆周缝隙的流动特性进行了比较全面的仿真研究,根据圆周缝隙在不同的几何条件以及边界条件下的流线、速度、压力以及气穴分布图,研究了其流线和气穴的变化特征,着重探讨了系统压力、圆周缝隙的叠合长度和阀芯倒角等参数对阀口流动特性变化规律的影响。仿真结果表明:随着阀芯和阀套的叠合长度增大,阀口的入射角会变小,气体体积最高比值有所下降;阀口倒角之后,流量会明显增大,出口压力会有轻微下降,出口处气体的含量会有所上升,在圆周缝隙出口处有发生气穴的趋势;进口压力越大,圆周缝隙出口处气穴也越严重。这些结论对水压元件的设计具有直接的指导作用。

数控电解机械复合切割加工间隙研究

根据电解加工平衡间隙理论,建立了数控电解机械复合切割加工的物理和数学模型;基于FLUENT软件分析得到数控电解机械复合切割加工的间隙内流场分布规律,根据间隙内流场分布规律优化设计阴极,改善了流场分布。并以某一型号阴极为例进行试验研究,得到电压、主轴转速和电解液温度等加工参数与加工间隙的影响规律,求得对应条件下最快平衡进给速度,为实际加工提供依据。

阀芯与阀腔微观表面对缝隙流动的影响

基于液压挖掘机多路阀阀芯与阀腔微观表面的分形特征,通过W-M函数,建立阀芯与阀腔的表面数学模型;通过Matlab软件进行编程,建立各向异性的三维表面形貌模型,并比较不同分形维数对阀芯与阀腔表面形貌的影响。针对阀芯与阀腔间的缝隙流动,建立缝隙流动模型,通过Fluent软件来分析液压油在缝隙中流动时油压和油速的变化。结果表明:随着分形维数的增大,阀芯的表面粗糙度呈增大的趋势;液压油在缝隙中流动时,表面粗糙度对压力降有着重要的影响,对流体的流速有一定的影响,阀芯与阀腔的表面粗糙度越大,油液的压力降越大,流速越小。

场协同理论在交变流动缝隙式回热器中的数值验证

本文对缝隙式回热器在非稳态交交流动下的流动和换热问题做了二维的数值模拟,并重点对其在交交流动下的场协同问题做了计算与分析。数值计算表明,场协同原理作为指导强化对流换热的原则,同样可以指导交交流动下的换热强化。

基于FLUENT的电火花铣削加工间隙流场仿真分析

根据电火花铣削加工的机理,建立基于流场理论的二维轴对称间隙流场数学模型。利用Fluent有限元流体仿真软件对间隙流场进行模拟,分析了工具电极旋转速度、工作液压力、加工间隙对间隙速度场、压力场的影响。

轴向间距对轴流风机失速流场特征影响

轴向间距作为轴流风机重要的结构参数,研究其对旋转失速的影响机制具有重要意义。本文采用Realizable k-ε湍流模型,利用Fluent软件对不同轴向间距下风机旋转失速非定常演化过程进行数值模拟。结果表明:在近失速工况下叶片压力面前缘和后缘静压系数沿气流方向迅速减小;叶顶区域先于其他叶高区域出现失速先兆,失速先兆占据的流道随轴向间距的增大而增多;风机进入旋转失速后,大轴向间距下高湍动能区域的面积增大、数目增多;第二级动叶内相对应位置处,压力随轴向间距的增大而减小。

大通径滑阀缝隙流场分析及试验研究

阀芯卡紧是滑阀常见的故障,泄漏量过大也会对滑阀的工作性能产生影响.合理设计阀芯阀体的配合间隙,在阀芯上开设适当数量的均压槽,可以有效避免阀芯产生卡紧,同时获得较小的泄漏量.文章运用Fluent软件对60mm通径滑阀的缝隙流场进行仿真,结合试验研究,分析了均压槽对滑阀径向不平衡力和泄漏量的影响,评估了滑阀间隙密封结构,可为类似大通径滑阀的设计研发提供参考.

电火花加工间隙流场的三维仿真研究

间隙流场中加工屑的分布是影响火花放电频率和放电点分布的重要因素,并直接关系到加工速度与加工精度,对间隙流场中加工屑分布情况进行研究是提高加工速度、加工精度的重要途径之一。该研究在对间隙流场中工作液和加工屑的运动进行理论分析的基础上,建立间隙流场的三维仿真模型,进行电极上下往复运动过程中间隙流场和加工屑运动的仿真计算,验证实验的结果证明了仿真方法的正确性。

单向流定床床面上水平管道周围流场与切应力分布特性

采用简化PIV方法，对悬空比G为0～1．6的单向流定床床面上水平圆柱绕流进行了系统的试验研究。通过对试验资料的分析，给出了圆柱绕流时的流场图和无量纲的床面、横管顶部和横管底部切应力的变化图，讨论了切应力随悬空比、管径、流速和水深的变化趋势。作者的研究成果有利于进一步研究海底管道的冲刷机理和冲刷坑的形成，进而有针对性的进行管道保护，减少管道破坏失效。