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

阀口、方向阀阀口)的复杂流道内流动时，流道特性对组成流体系统的元件性能以及对整个流体传动及控制系统的性能有着至关重要的影响。所以，对组成液压技术中的各种复杂流道流场进行数值模拟，并定性分析流场(速度、流线、流动的分离与再附壁，旋涡的产生与消失等)与噪声、能量损失、元件性能等的关系就显得十分必要。通常人们为了分析液压元件的性能，往往通过大量的试验和计算。但是由于试验手段的单一和相关技术的局限性，不能很清楚的分析流场的具体情况。再加上试验要耗费大量的时间和资金，不能适应现代产品设计低成本、短周期的要求。

任何流体运动的动力学性质都是由质量守恒律，动量守恒律和能量守恒律所确定的，这些基本定律可由数学方程组（偏微分方程组或积分方程组）来描述。利用数值计算方法通过计算机求解来描述流体运动的数学方程，揭示流体运动的物理规律，研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时﹑空物理特征，这样的学科称为计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）,缩写为CFD。CFD可用来进行流体力学的基础研究，复杂流动结构的工程设计，了解燃烧过程的化学反应，分析试验结果等。CFD在液压技术中的应用为人们高效准确的研究流场提供了可能。一般来说，在复杂流道内的流动问题主要是流体力学问题，流体力学问题通常是用偏微分方程来描述的，其中连续性方程和Navier-Strokes方程控制着几乎所有的流动问题，从内流问题到外流问题，从无粘理想流动到可压缩有粘流动等问题。其中，除极少数简单例子外，这些问题都是需要通过数值方法来求解的。也就是通过数值方法求解以N-S方程为代表的偏微分方程组。由于电子计算机的应用以及数值计算技术的迅速发展，使得用数值方法求解大规模方程组成为可能。这也使得对几乎一切流体力学问题，运用计算机仿真成为可能。针对液压技术中的流体力学问题，N. D. Vaughan等用有限差分方法对液压滑阀流场及液动力的补偿进行了研究; 曹秉刚利用以速度v、旋度w、压力P为变量的边界元方法，对内流式锥阀流场进行研究，并对阀芯所受的液动力进行分析; K. Ito等用有限差分方法对液压锥阀层流流场进行分析。王林翔等用有限容积法对液压滑阀内的三维流动进行分析。付文智用有限元方法建立了锥阀式结构的数学模型, 给出了研究区域的边界条件, 得到了锥阀工作过程中的有限元数值解。周功勇应用流场数值模拟技术,在不同结构参数、压力、流量等条件下,对先导式纯水溢流阀主阀流道内的流场流态进行动态仿真。分析了结构参数对流场流态及压力—流量特性的影响。杨国来等人也利用ANSYS软件对流场进行了解析并优化阀的结构。

论文在以上研究成果的基础上，设计了多种阀芯和阀腔的结构，并且建立了阀内流体的模型，运用商业软件ANSYS和CFX对流体模型进行求解。得到阀内流体在不同区域的速度和压力值，掌握了阀芯、阀腔的几何形式对阀内流场的影响。