3-D simulation of transient flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber based on computational fluid dynamics

The 3-D characteristics of the water-air flow patterns in a corridor-shaped air-cushion surge chamber during hydraulic transients need to be considered in the shape optimization. To verify the reliability of the water-air two-phase model, namely, the volume of fluid model, the process of charging water into a closed air chamber is successfully simulated. Using the model, the 3-D flow characteristics under the load rejection and acceptance conditions within the air-cushion surge chamber of a specific hydro- power station are studied. The free surface waves, the flow patterns, and the pressure changes during the surge wave process are analyzed in detail. The longitudinal flow of water in the long corridor-shaped surge chamber is similar to the open channel flow with respect to the wave propagation, reflection and superposition characteristics. The lumped parameters of the 3-D numerical simulation agree with the results of a 1-D calculation of hydraulic transients in the whole water conveying system, which validates the 3-D method. The 3-D flow structures obtained can be applied to the shape optimization of the chamber.

基于CFD的高速液压缸缓冲过程研究

针对采用圆锥型缓冲装置的高速液压缸的缓冲过程进了理论分析与实验研究,建立了该过程的数学模型,并利用CFD进行了流场的数值模拟。结果表明:液压缸内缓冲过程可分为断面收缩局部压力损失、锐缘节流和缝隙节流3个阶段,缓冲效果与缓冲装置的结构参数有关。

高速液压缸活塞式缓冲机构的研究

对采用活塞式缓冲机构的高速液压缸的缓冲过程进行了理论分析和实验研究。将整个缓冲过程分为孔口节流缓冲、锥形缝隙节流缓冲两个阶段,建立了该过程的数学模型,利用数学模型,分析了结构参数对缓冲速度及缓冲腔压力的影响。对两组不同结构参数的样机的缓冲过程进行了试验,理论分析结果与试验结果基本一致。

液压弹射机构动力系统研究

为实现液压弹射,提出一种液压动力系统技术方案,主要由高速液压缸、活塞式蓄能器、主阀和伺服阀组成。设计了新型液压缸缓冲结构,以避免液压缸活塞运动行程末端产生强烈的撞击与振动。论述了系统工作原理和设计方法,建立了系统的数学模型,采用数字仿真的方法对弹射和缓冲过程的特性进行了理论研究,并与实验数据对比且基本吻合,结果表明:动力系统能够在70 ms时间内使液压缸活塞运动速度达到7 m/s,在12 mm液压缸活塞缓冲行程内达到95%的缓冲效率。

高速大流量阀控液压缸缓冲优化设计

针对用于1 100 k V特高压断路器中的高速大流量液压缸分闸缓冲制动效果不良这一问题,提出采用系统综合建模的方法,在建立缓冲流量连续方程和运动微分方程的基础上,综合考虑油液密度、动力黏度和体积弹性模量随系统状态的变化,并提出运用CFD(computational fluid dynamics)流场分析法判断缓冲不同阶段的过渡点,同时结合试验测试数据对活塞运动的位移、速度、缓冲压力等动态特性进行对比分析。发现理论计算结果与试验数据差异较大;经过修正的阀控液压缸模型得到的结果与试验基本一致,缓冲压力变化剧烈,其峰值压力高达107.0 MPa,缓冲末速度高达1.75 m/s,会对缓冲套和缸体造成严重的冲击。为有效提升缓冲效果,推导出理想缓冲过程的压力和速度变化规律,给出4种不同柱塞结构的间隙变化模型,并在考虑油液黏性阻尼和可压缩性的条件下,运用阀控缸系统的综合计算模型对不同结构柱塞在初始间隙取不同值时的缓冲效果进行对比分析。研究结果表明:在相同条件下,初始间隙为1.4 mm的圆锥型柱塞的缓冲效果最好,使缓冲峰值压力和末速度降低幅度均超过40%;考虑实际参数的动态变化特性后,理论上最优的抛物线型柱塞的缓冲效果不佳,活塞的末速度较高。

液压锤打桩动态过程有限元分析

液压锤打桩过程是由多结构组成的冲击过程。对其复杂的相互作用进行动态分析,对实现液压锤打桩效果及桩的设计有着指导作用。针对锤头、锤垫、砧座、桩垫、桩与土组成的锤击系统,建立有限元模型,采用罚函数法处理接触,对工业试验进行模拟。打击软土层与持力层时,测试点应力的计算结果与实测值吻合较好,验证了模型的正确性。在此基础上,分析了不同打击层应力沿桩长和桩径的分布,得到了桩上的应力分布规律,指导桩的设计。使用持力层打击模型,就垫层弹性模量比对桩顶锤击应力的影响进行了分析,得到了垫层材料的选择依据。

高速液压缸缓冲过程的研究

介绍了采用圆锥型缓冲装置的高速液压缸缓冲过程的理论分析和试验结果。认为整个缓冲过程可分为断面收缩局部压力损失、锐缘节流、缝隙节流三个阶段，并建立了该过程的数学模型，利用数学模型，分析了圆锥柱塞结构参数对缓冲速度及缓冲腔压力的影响。

液压缸缓冲动态特性对比研究

在低速重载情况下,液压缸通常设置缓冲装置来避免活塞在行程末端撞击缸壁。针对缓冲过程中各物理量对缓冲动态特性的影响,将该缓冲过程分为局部压力损失、锐缘节流和可变节流三个阶段。为了准确描述各阶段之间的切换过程,建立数学模型及其切换标准,同时在考虑流场与活塞之间流固耦合效应的条件下,运用Fluent软件动态分析了液压缸缓冲过程,将数值解与仿真解作对比分析。研究结果表明:解析结果与数值仿真结果具有较好的一致性,末端间隙和外载荷对缓冲过程影响较为明显。

船用液压缸缓冲特性研究

为解决船用液压缸在工作过程中产生的液压冲击影响船舶液压元件及液压系统可靠性的问题,本文针对液压缸缓冲特性进行研究分析。通过建立液压缸缓冲过程数学模型,推导理论最优的液压缸结构形式。搭建基于AMESim的阀控液压缸液压系统动力学仿真模型,仿真分析不同液压缸活塞结构与不同初始间隙下的液压缸缓冲特性,并将仿真结果与理论推导结果进行对比,研究结果对理解、使用和设计船用液压缸具有一定的参考价值。

控制棒水压驱动机构单缸步进动态过程

针对控制棒水压驱动机构单个水压缸的步进性能,通过实验获得了水压缸步进的动态过程。结合水压缸的结构特点,分析了步进过程的动态机理和特征动态参数随配重的变化规律。结果表明:水压缸步升动态流量峰值是由于水压缸内套步升到上止点,内套上升导致缸内容积增大而引入的附加流量达到最大值所致,该点与步升压力动态曲线拐点相对应;步降动态流量峰值是由于水压缸内套步降到下止点,内套下落而引起的出缸流量达到最大值所致。该分析为水压缸步进动态过程理论建模以及水压缸密封结构泄漏流阻的研究提供了依据。