油压锥阀阀口空化流动数值模拟

摘要

锥阀结构简单、密封性好、对工作介质不敏感，广泛应用于液压技术领域。空化是发生在流体流动中的一种自然现象，在以流体为工作介质的流体机械中，空化是不可避免的，空化的出现会给流体机械带来严重危害。油压锥阀是以液压油为工作介质的液压元件，空化使得阀芯的动力学特性和稳定性更趋复杂，还会造成锥阀阀芯及阀座表面材料的空蚀破坏，同时，空泡的破裂还会产生很大的噪声。随着液压传动向高压、高速、大功率方向发展，锥阀也面临着高压、高速、大流量的发展要求，而在此过程中，空化成为制约其发展的一个重要因素。因此，积极从事油压锥阀内空化发生、发展内部机理的研究，探究锥阀结构参数对空化流动的影响规律，对进一步改善锥阀的性能、提高其可靠性具有重要的实际意义。
　　本文采用数值模拟方法对油压锥阀阀口空化流动进行了数值模拟研究。
　　主要研究内容有：第1章，综述了锥阀空化流动国内外研究现状，论述了课题的研究背景及研究意义，确立了本文的研究重点。第2章，对所采用的计算模型做了简要介绍。第3章，稳态下，在锥阀不同的流动方向（内流、外流）及阀口开度时，探究了不同壁面函数及空化模型参数对阀芯表面所受液压力和阀座表面压力分布的影响规律，并与文献实验数据进行了比对，对所采用的计算模型进行了稳态验证。第4章，以稳态计算所得模型为基础，进一步对阀芯表面所受液压力进行了瞬态模拟计算，瞬态液压力均值与稳态计算液压力一致，阀口上下游液压力因阀口阻抗作用呈现明显相移，验证了所用模型在瞬态计算时的适用性；接下来，对锥阀阀口的瞬态空化过程进行了二维仿真计算，获得了瞬态下空化流动的动态演化过程，分析了空化产生、空泡脱落及溃灭的机理。第5章，在不同锥阀结构参数下对阀口的空化流动进行了数值模拟，探究了锥阀结构参数对阀口空化特性及阀芯液流力的影响规律。最后，对本课题的研究工作和研究结果做了总结，并对本课题的后续研究工作做了展望。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 锥阀空化现象及液流力特性研究现状

1.3 论文的主要内容

第2章 计算模型概述

2.1 引言

2.2 基本方程

2.3 湍流模型

2.4 湍流模型近壁处理

2.5 多相流模型

2.6 空化模型

2.7 本章小结

第3章 锥阀稳态空化流动数值模拟

3.1 引言

3.2 锥阀数值计算模型建立及网格划分

3.3 壁面函数对锥阀空化流动的影响

3.4 本章小结

第4章 锥阀瞬态空化流动过程数值模拟

4.1 引言

4.2 空化过程及分类

4.3 瞬态空化模型验证

4.4 锥阀瞬态计算模型及网格划分

4.5 锥阀瞬态空化流动数值模拟

4.6 锥阀阀口空化机理

4.7 本章小结

第5章 锥阀结构参数对空化流动及液流力的影响

5.1 引言

5.2 影响空化流动及液流力的主要结构及参数

5.3 阀座倒角和阀芯锥角对空化流动及液流力的影响

5.4 阀座倒角长度对空化流动及液流力的影响

5.5 阀芯形状对空化流动及液流力的影响

5.6 阀口开度对空化流动及液流力的影响

5.7 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表及录用的学术论文

附录B 科研实践