新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究

硕士学位论文

在流体质点系统中，除质量守恒、动量守恒之外，能量守恒定律也同时成立。但是由于对不可压缩流体，能量方程不与速度项相耦合，独立于连续方程和动量方程之外。另外，绝大多数工程应用忽略了系统的温度变化而无须求解能量方程，在论文的研究过程中，也不考虑温度的因素。所以能量方程不是本论文的研究重点，所以在此并不列出。

2.4 阀内紊流模型

2.4.1 阀内的流态判断

在分析阀内流体时，流体流态的不同，控制方程也会有相应变化。只有准确的判断流体流态才能准确的仿真流体在阀内的情况。流体在管道中的运动具有两种截然不同的运动形态，即层流状态和紊流状态。处于层流状态的流体，质点呈有条不紊、互不掺混的层状形式;而处于紊流状态的流体，质点的运动形式以杂乱无章、相互掺混与涡体旋转为特征。在某些条件下，层流与紊流运动可以相互转化。随流体速度的增加，层流会逐渐丧失它的稳定性，这时任何偶然的小扰动，起初只会引起在稳定的层流附近的微小振荡，随后开始迅速发展，从而进入新的流体运动形态—紊流状态。流动状态是层流还是紊流，主要取决于其雷诺数是小于还是大于临界雷诺数R。雷诺数可用下式定义[5]：

Re=

式中:v—流体的平均速度 vDυ （2.3）

D—水力直径

υ—流体的运动粘度

如果Re<R，则流动状态为层流，反之为紊流。对于圆截面光滑管道，R= 2000- 3000。针对阀内的液压油，根据阀门设计参数，计算出流体在通过先导阀节流口时的雷诺数大于3000，说明液压油在阀内属于紊流。由于上述的N—S方程组只是一个广义的基本方程，当流体处于紊流状态时，N—S方程组有一定的引申，这就是适用于紊流的雷诺方程。

2.4.2 紊流方程

紊流最重要的特性可以归纳为:随机性，扩散性，有涡性和耗散性。不规则的随机运动是紊流运动的一种主要特征，在紊流运动中各种流动的特征量均随时间和空间坐标而呈随机的脉动。在研究紊流运动时，雷诺认识到要准确描述紊流脉动随空间和时间的变化是不现实的，于是转而研究描述平均量的方程，并由此看出紊流脉动对平均运动的影响。通过多年实践所证明，粘性流动的运动方程和连续性方程(N—S方程)对于紊流的瞬时运动同样适用[4]。对N一S方程关于时间进行