U型节流阀内部流场与热变形研究

摘要

液压U型节流阀是液压系统中重要的控制元件，也是易产生能耗的主要元件，其控制性能直接影响着整个系统的控制精度。由于阀口的节流作用产生的粘性加热效应会导致阀芯与阀体受热膨胀造成阀芯卡紧、卡死等现象，本文采用了理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法，分别对不同阀口开度、不同背压和不同槽口深度情况下阀内油液流场流动特性与阀芯阀体受热变形结果进行了深入研究。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了油液温升的主要原因，讨论了节流阀内部热传导方式及固体热膨胀机理。基于流体力学、热力学与材料力学基本定律，建立了流场与热分析的理论模型。⑵针对节流阀流场特性及粘性加热导致的温升现象，采用CFD技术建立了节流阀的流场仿真模型，研究得出了不同阀口开度、不同出口压力以及不同节流槽口深度时流体域压力场、速度场、油液温度场的分布情况，并通过理论和实验对比分析了阀口油液流量特性和流场特性。研究结果表明：节流槽是压降的主要区域，节流口出口处形成了高速射流。节流槽口与高速射流冲击的阀体壁面处是高温区域。仿真得到的阀口流量与实验结果一致，高速射流产生区域与实验结果吻合良好。⑶建立了U型节流阀三维稳态热分析模型与结构分析数值模型。对阀芯与阀体进行相应的热传导分析，得出阀芯、阀体的温度分布情况，并讨论了阀口开度、背压值与槽口深度对阀芯阀体温度分布的影响规律。研究结果表明：阀芯左端温度高于右端，且局部高温区域位于节流槽结构轮廓线处；阀体高温区主要存在于阀芯与阀体配合的通孔处和受高速油液冲击的壁面处，阀体上下两方温度分布不一致，下方高温区域面积较大。对阀芯与阀体受热引起的结构变形进行了分析，得到不同开度、不同背压值和槽口深度时的阀芯与阀体热变形趋势。研究结果表明：阀芯整体受热膨胀且阀芯左端形变量大于右侧，节流槽处为主要变形区域；槽口入口处壁面变形方向沿轴向方向，而槽口出口的半圆壁面则主要沿径向方向膨胀；阀体变形区域主要为阀体与阀芯配合的通孔处，尤其是靠近节流口出口阀体壁面发生了径向变形，阀体向内侧膨胀。

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致谢

变量注释表

1绪论

1.2国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3主要研究内容(Main Research Contents)

2流场分析与热变形理论和方法

2.1油液温升分析(Analysis of Oil Temperature)

2.2传热机理分析(Analysis Heat Transfer Mechanism)

2.3热膨胀分析(Thermal Expansion Analysis)

2.4流场数值模拟方法(The Method of Numerical Simulation in Flow Field)

2.5固体域数值模拟方法(The Method of Numerical Simulation in Solid State)

2.6本章小结 (Summary)

3节流阀内部流场特性分析

3.1几何模型与阀口特性分析(Geometric model and Valve Port Characteristics of U-groove)

3.2数值模型(Numerical Model)

3.3开度对油液流场的影响(Influence of Opening on Flow Field)

3.4背压对油液流场的影响(Influence of Back Pressure on Flow Field)

3.5槽口深度对油液流场的影响(Influence of Notch Depth on Flow Field)

3.6本章小结(Summary)

4阀芯阀体温度场及结构变形分析

4.2开度对节流阀温度场及结构变形的影响(Influence of Opening on Valve Temperature and Structure Deformation)

4.3背压对节流阀温度场及结构变形的影响(Influence of Back Pressure on Valve Temperature and Structure Deformation)

4.4槽口深度对节流阀温度场及结构变形的影响(Influence of Notch Depth on Valve Temperature and Structure Deformation)

4.5本章小结(Summary)

5结论与展望

5.2展望(Prospects)

参考文献

作者简介

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