基于FLUENT高响应大流量节流阀流动分析和结构改进

摘要

大流量高响应节流阀是液压节流阀中比较特殊的一种，因为特殊的性质，被广泛应用到操控精确，反应速度快的场合中，如:快速压铸机，尤其是军工和精密控制等方面。本文结合某种型号的飞机转向系统的液压原理系统图，其中高响应大流量节流阀在整个液压系统中起到了关键性的作用。运用理论研究的方法研究了高响应大流量节流阀的一些性质，通过CFD计算机仿真模拟技术对节流阀流动性特性进行了研究。对仿真模拟的结果进行分析和总结，提出节流阀结构改进的建议。
　　首先，分析了节流阀的工作原理;节流阀一些流动性质，包括节流阀的增益，液阻特性，影响阀芯运动的液阻力等;介绍了典型节流阀过流面积的计算方法，为本课题研究的高响应大流量节流阀主级的过流面积提供一定的理论依据，在此基础上利用MATHCAD编写程序，并利用AMESim软件在理想状态下对主级和放大级进行阶跃响应的模拟仿真。
　　其次，结合PROE软件对不同开度大小的主级和不同行程的先导级进行三维实体建模，利用GAMBIT软件，对已经建立的不同模型进行网格划分，边界条件的设定，再导入FLUENT中进行稳态的流动性分析。分析了阀腔压力云图分布，速度云图分布，速度矢量分布，流量大小和液动力的大小。并且通过几何中心分界面对称截面图，局部放大图和阀口不同开度的对比图，直观的反映出先导级和主级内部的流动情况。
　　最后，在分析节流阀先导级流动特性的基础上，分别对影响先导级快速移动的两个因素，即:进油油孔与阀芯轴线的夹角α，进油油孔和阀芯的作用端面的距离L，提出改进意见，改变进油油孔与阀芯轴线的夹角α的大小和进油油孔和阀芯的作用端面的距离L的值，利用PROE对不同阀芯轴线的夹角α和不同距离L进行批量化的建模，分别在GAMBIT网格划分之后，再用FLUENT进行的模拟仿真，总结数据，作出表格，制作出折线图，进行对比分析，给出结构改进的结果，结合阶跃响应时间公式对优化的结果经行验证，确定改进的可行性，最终确定改进方案。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 大流量比例节流阀的发展现状

1．1．2 液压控制系统

1．2 课题研究的重点问题

1．2．1 节流阀的高响应和大流量

1．2．2 节流阀的阀芯受力

1．2．3 节流阀气穴问题

1．2．4 节流阀结构改进

1．3 课题研究的目标和意义

1．4 课题研究的内容

1．5 本章小结

2 大流量高响应节流阀

2．1 节流阀的类别

2．2 阀的结构和工作原理

2．2．1 阀的组成

2．2．2 阀的工作原理

2．2．3 三维模型

2．3 节流阀主级过流面积形式和计算

2．3．1 三类经典节流阀过流面积推导算法

2．3．2 主阀节流槽阀口面积的计算公式

2．4 本章小结

3 节流阀的流动性分析

3．1 节流阀的一般特性

3．3．1 节流阀的增益

3．1．2 节流阀的液阻特性

3．2 节流阀的力学特性

3．2．1 节流阀液动力

3．3 基于AMEsim的节流阀动态特性的研究

3．3．1 数学建模及仿真分析

3．3．2 放大级建模及仿真分析

3．3．3 主级建模及仿真分析

3．4 本章小结

4 基于FLUENT节流阀流动性仿真分析

4．1 流动仿真基础

4．1．1 计算流体力学简介

4．1．2 CDF的计算方法

4．1．3 流动仿真步骤

4．2 先导级的FLUENT仿真

4．2．1 先导级的建模和网格划分

4．2．2 仿真的设定

4．2．3 稳态液动力仿真结果分析

4．2．4 流量仿真结果分析

4．2．5 先导阀响应计算

4．3 主级的FLUENT仿真

4．3．1 主级的建模和网格划分

4．3．2 仿真的设定

4．3．3 压力和速度云图结果

4．3．4 流量仿真结果

4．4 本章小结

5 节流阀的结构改进

5．1 先导级的结构改进

5．1．1 先导级结构分析

5．1．2 先导级结构改进流场分析

5．2 先导级的仿真结果分析

5．2．1 仿真结果的分析

5．2．1 响应时间计算

5．3 本章小结

6 总结及展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及研究生阶段主要获奖