U+K节流槽滑阀的数值模拟
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析张静;高东玲;王晓辉【摘要】基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究.在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律:在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低.通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显.研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】滑阀;流速压力;压力流量特性;流量系数;半圆形节流槽【作者】张静;高东玲;王晓辉【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀是液压系统中非常重要的元件，主要通过控制流体的压力、流量和流动方向来满足工作要求，使各类执行元件实现不同的动作[1]。
液压控制阀的内部结构比较复杂，主要由阀体、阀芯、操纵控制机构等主要零部件组成。
滑阀类的阀芯是圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。
非全周开口滑阀具有水力半径大，抗阻塞的特点，其流量范围大，易得到较小的稳定流量，在液压比例阀和伺服阀中得到了广泛应用[2]，节流槽滑阀的特性分析对液压阀的性能提升起着很重要的作用。
近几年随着计算机科学技术的不断发展以及计算流体力学理论的丰富。
人们借助CFD技术对液压阀复杂内部流场进行数值模拟和可视化分析，成为液压领域的热点。
《液压滑阀内部流场可视化仿真研究及试验测试》范文
《液压滑阀内部流场可视化仿真研究及试验测试》篇一一、引言随着工业技术的不断发展，液压传动技术作为重要的动力传递方式，在机械、航空、航天、船舶等领域得到了广泛应用。
液压滑阀作为液压系统中的核心元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
因此，对液压滑阀内部流场的研究成为了重要的研究方向。
本文将针对液压滑阀内部流场进行可视化仿真研究及试验测试，旨在提高液压滑阀的性能和使用寿命。
二、液压滑阀内部流场可视化仿真研究1. 仿真模型建立首先，根据液压滑阀的实际结构和工作原理，建立精确的仿真模型。
模型应包括滑阀的结构、流道、进出口等关键部分的几何形状和尺寸。
同时，还需考虑流体的物理性质，如密度、粘度等。
2. 仿真流程及方法在仿真过程中，采用流体动力学分析软件，通过设置合理的边界条件和初始条件，对液压滑阀内部流场进行数值模拟。
采用湍流模型描述流体在流道中的运动状态，通过求解Navier-Stokes 方程，得到流场的压力分布、速度分布等关键参数。
3. 仿真结果分析通过对仿真结果的分析，可以得到液压滑阀内部流场的压力场、速度场等关键信息。
这些信息有助于了解流体在滑阀内部的流动规律，为优化滑阀结构和提高性能提供依据。
三、试验测试1. 试验装置及方法为了验证仿真结果的准确性，需要进行试验测试。
试验装置应包括液压滑阀、压力传感器、流量计等关键部件。
通过改变滑阀的开启程度和流体压力等参数，观察并记录流体的流动状态和性能参数。
2. 试验结果及分析通过对试验数据的分析，可以得到流体在液压滑阀内部的实际流动规律和性能参数。
将试验结果与仿真结果进行对比，可以验证仿真模型的准确性，同时为进一步优化滑阀结构和提高性能提供依据。
四、优化建议及改进措施1. 优化建议根据仿真和试验结果，提出针对液压滑阀结构和性能的优化建议。
例如，可以通过改变滑阀的几何形状、流道设计等措施，降低流体在滑阀内部的流动阻力，提高流体的传递效率。
2. 改进措施针对液压滑阀在使用过程中出现的问题，如泄漏、卡滞等，提出相应的改进措施。
《液压滑阀内部流场可视化仿真研究及试验测试》
《液压滑阀内部流场可视化仿真研究及试验测试》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，液压滑阀作为液压传动系统中的核心元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
因此，对液压滑阀内部流场的研究显得尤为重要。
本文旨在通过可视化仿真研究和试验测试，深入探讨液压滑阀内部流场的特性及其影响因素，为优化滑阀设计和提高其性能提供理论依据。
二、液压滑阀基本原理及结构特点液压滑阀是一种通过改变流体通道的截面积来控制流量的液压元件。
其基本原理是利用滑阀在阀体内部的移动，改变油液的流通路径和流量，从而实现液压系统的控制和调节。
液压滑阀具有结构简单、响应迅速、控制精度高等优点，在工程机械、航空航天、船舶制造等领域得到广泛应用。
三、可视化仿真研究为了更好地了解液压滑阀内部流场的特性，本文采用可视化仿真技术进行研究。
通过建立三维流体仿真模型，模拟滑阀在不同工况下的流场分布、压力变化及流动状态。
仿真过程中，重点考虑了滑阀的结构参数、流体性质、工作压力等因素对流场的影响。
通过仿真结果，可以直观地观察到流场的分布情况，分析流体的流动规律和压力变化趋势。
四、试验测试及结果分析为了验证仿真结果的准确性，本文进行了试验测试。
通过搭建液压滑阀测试平台，对不同结构参数的滑阀进行性能测试。
测试过程中，记录了流体的流量、压力等数据，并与仿真结果进行对比分析。
结果表明，仿真结果与实际测试数据基本一致，验证了可视化仿真技术的有效性。
通过对试验数据的分析，发现滑阀的结构参数对内部流场具有显著影响。
优化滑阀的结构设计，如合理设置阀芯和阀体的配合间隙、改善流道的设计等，可以有效改善流场的分布，降低流体在流道内的阻力损失，提高滑阀的流量控制性能。
此外，工作压力对流场的影响也不可忽视，合理设置工作压力，可以保证流场的稳定性和可靠性。
五、结论与展望通过对液压滑阀内部流场进行可视化仿真研究和试验测试，本文深入探讨了流场的特性和影响因素。
结果表明，滑阀的结构参数和工作压力对内部流场具有显著影响。
滑板式调节阀流场的数值模拟及性能预测
2015年10月 机床与液压Oct . 2015第 43 卷第 19 期M ACHINET 00L 2 HYDRAULICSVol . 43 No . 19DOI : 10.3969// i ss n . 1001-3881. 2015. 19. 045滑板式调节阀流场的数值模拟及性能预测许洪斌2!刁富强2!杨长辉2!秦飞龙2(1.重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室，重庆400054$2.重庆理工大学机械工程学院，重庆400054)摘要：针对新型滑板式调节阀产品模型，采用基于各向同性涡黏性理论的双方程模型求解，获得了阀门内部流场 不同开度下的压力场和速度场，预测了阀门出现空化现象的位置，建立了阀门的流量特性曲线和流阻特性曲线。
通过研究 发现，滑板式调节阀流通能力强，具有线性流量调节功能；阀门在小开度情况下，内部流场紊乱，存在大尺度的漩涡；仿 真结果可为此类新型阀门的开发与优化提供了依据。
关键词：滑板式调节阀；流量特性；流阻特性中图分类号：TH 137 文献标志码：A 文章编号：1001-3881- (2015) 19-189-3Numerical Simulation and Performance Prediction of Flow Field of Slide Adjusting ValveXU Hong 'in1，DIAO Fuqiang2，YANG C hanghui1，QINFeilong2(1. Key Laboratory of Automobile Part Advanced Manufacturing Technology of Ministry ofEducation ，C hongqing University of Technology ， C hongqing 400054, C hina ;2. School of Mechanical Engineering ， C hongqing University of Technology ， C hongqing 400054, C hina )Abstract ： Focusing on the new slide adjusting valve product model ， the tw o equation m odel ba eddy viscosity w as taken to solution . Pressure field and velocity field of the vvlve correspond tained，the position of cavitation phenom enon of valve was predicted ， and the curves of flux character and flow resistance characteristic of valve w ere built . It w as discovered by study that tlie slide adjusting valve was ow n a good flow capacity and linear flow regulating function . The internal flow field disturbance and large scale vortex w ere existed in the valve body vent of the sm all opening degrees . The sim ulation results can provide the basis for the developm ent an dKeywords ： Slide adjusting valve ； Flux character ； Flow resistance characteristic前言调节阀是过程控制系统中一个重要的部件，广泛 应用于石油化工、航空航天、交通运输、农业生产和 曰常生活中。
调节阀动态特性的数值模拟
1 概述 调节阀是管道系统中一种阻力可变的节流元
件 。通过改变阀门的开度 , 可以改变管道系统的工 作特性 , 从而实现调节流量和改变压力的目的 。它 既是一种调节元件 , 同时也是一种控制元件 , 是实 现管道系统安全经济输送的重要设备 。使用调节阀 调节流量和控制瞬变压力的关键因素是阀门的工作 特性 , 由于阀门的工作特性受管道系统和工作状态 的影响很大 , 因而必须针对具体系统对调节阀的特 性进行具体分析 。 2 调节阀的特性
性称为阀门的固有流量特性 。
常见的调节阀的固有流量特性有快开 、直线 、
抛物线和对数 (又称等百分比特性) 等 4 种 。引入
相对开度 l 和相对流量 q 两个无量纲量 , 在边界 处 , 对于快开 、直线 、抛物线特性的阀门 , 采用理 想边界条件 , 即
当 l = 0 时 , q = 0;当 l = 1 时 , q = 1 对于对数特性 ,采用半理想边界条件 ,即
管道起点具有 114MPa 的稳定压力 , 稳态流量为
按照 阀 门 流 量 系 数 的 定 义 , Δh 为 011 M Pa
(约合 10 m 水 柱) 时 , 阀 门 可 以 通 过 的 流 量 为
KV , 于是可以列出
10m =
{ K} s2/ m5
{ KV } m3/ h 3 600
2
由此可得阀门的阻力系数 K 与阀门的流量系
— 8 — 阀 门 2004 年第 4 期
文章编号 : 100225855 (2004) 0420008203
调节阀动态特性的数值模拟
刘 刚1 , 方金春2 , 雍歧卫3 (11 海军后勤技术装备研究所 , 北京 100072 ; 21 九江石油化工总厂军代室 , 江西 九江 332004 ;
基于粒子群算法的滑阀节流槽优化设计
基于粒子群算法的滑阀节流槽优化设计李维嘉;兰秋华;彭勇;易迪升【摘要】基于 Fluent 流场仿真分析软件，在定压差条件下，对带有单 U 形、斜U 形以及 V 形基本节流槽的滑阀阀口开度流量特性开展了研究，并将其与试验结果进行了对比验证，得出了 U 形类槽口随着阀口开度的增加流量梯度减小、斜 U 形类槽口随着阀口开度的增加基本保持不变、V 形类槽口随着阀口开度的增加流量梯度增大的结论。
基于上述研究，利用粒子群优化算法，得到满足定压差条件下阀口开度流量特性要求的节流槽优化尺寸，并通过实例验证了优化结果。
%Optimization design of three basic notches including single-U-shaped,ramp-U-shaped and V-shaped was investigatedthoroughly.Fluent,the flow field simulation software,was used to cal-culate the flow of different notches at different displacements in the constant pressure,and the experi-ments were done to make sure the reliability of the simulation results from Fluent by the comparison of simulation results with experimental ones.And it is found that the flow gradient of single-U-shaped notch decreases with its displacement increases,the flow gradient of V-shaped notch basically un-changes with its displacement increases,and the flow gradient of single-U-shaped notch increases with its displacement ing the PSO algorithm and combining some notch simulation calculation results,the optimal sizes of notches were obtained,which could meet the required displacement flow characteristics good effectiveness.And one case that the required displacement flowcharacteristics ver-ified that the optimization algorithm has high precision,compared with simulation results from opti-mal sizes.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】5页(P995-999)【关键词】节流槽;优化设计;流量特性;粒子群算法【作者】李维嘉;兰秋华;彭勇;易迪升【作者单位】华中科技大学，武汉，430074;华中科技大学，武汉，430074;三一汽车起重机械有限公司，长沙，410000;三一汽车起重机械有限公司，长沙，410000【正文语种】中文【中图分类】TH137.52滑阀节流槽广泛应用于液压执行机构的主控阀阀芯中,其流量特性对执行机构运动品质起着关键作用。
气井井下节流工艺的数值模拟
度 为 １ ９ ３℃／ ０ 天然 气 相 对 密 度 阳 对一 ．４ １０ｍ，
０ ６ ７９ 比热 容 Ｃ一 ２ ２ × １ 。 ／ ｋ ・ ， ． ６ ， ． ２ ０ Ｊ （ ｇ Ｋ） 导
的变化 ， 建立 了天 然气 井 管流 预 测模 型 、 降温 压
降预测模 型 以及节 流动态预测 模型 ， 到 了较 好 得
际应用效 果不是很 理想 ， 未能得 到普遍 应用 。在
国内 ， 贤强 等＿ 对 井 下节 流装 置 进 行 了优 化 ， 彭 ６
分析 了地 面与井下气 嘴节流 的相关性 ， 在工程 实 际中得到 了较好 应 用 。韩 丹 岫等 分 析 了井 下
安装 节流装置 与 未安 装节 流装 置 时 压力 和温 度
热 系 数 一 ０ ０ ３ｗ／ ｍ ・Ｋ） 动 力 黏 度 为 ． ３ （ ，
１０ ７ ０ Ｐ ． ８ ×１ ～ ａ・Ｓ 。简 化 的 几 何 模 型 如 图 １
所示 。
收 稿 日期 ： ０ 卜０ ～ ｌ ２ １ ４０
将 在井 筒 内高压 下天 然气 的流 动统 一考 虑
第 ３ 期
２１ ０ １年 ９月
气 井 井 下 节流 工 艺 的数 值 模 拟
刘 亮 王 岳 李 朝 阳 罗 凯 高 岩
（ 宁 石 油 化 工 大 学 石 油 天 然 气 工 程 学 院 ，辽 宁 抚 顺 １ ３ ０ ） 辽 １０ １
摘
要
基 于 Ｃ Ｄ理 论 并 应 用 Ｃ Ｄ 软 件 建 立 了 简 化 的 全 井 段 天 然 气 井 井 下 节 流 工 艺 的 物 Ｆ Ｆ
刘 亮等 ．气 井井 下 节流 工艺 的数 值模 拟
１ 问 题 描 述 及 模 型
滑阀矩形节流槽阀口的流量系数
（ ．Ｃｏ ｌｇ ｆＥｎ ｒ ｙ ａ ｄ Ｐｏ ｒＥｎ ｉｅ ｒｎ １ ｌｅ ｅｏ ｅ ｇ ｎ ｗｅ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｌ ｎ ｈ ｕ Ｕｎｉ． ｏｆＴｅ ｈ ａｚｏ ｖ ｃ ．。Ｌａ Ｈ ｕ ７ ０ ５ ｎｚ ｏ ３ ０ Ｏ，Ｃｈｎ ｉａ；２ Ｔｅｈｎｃ ｌＲｅ ｅ ｒｈ ｎ ｅ ，Ｈ ｉ ｃ ｉ ． ｃ ｉａ ｓ ａ ｃ Ｃｅ ｔ ｒ ｔ ｈ ａ
ｃ ｅｆ ｅ ｔｏ ｈ ｒｆ ｅａ ｄ ｉｓｖ ｒａｉｎ ｐ ｔｅ ｎ ｗｅ ｅｏ ｔ ｉｅ ． Ｉ ｓｆ ｕ ｄ ｂ ｈ ｎ ｅ ｔ ａ ｉｎ ｔ ａ ｈ ｏ ｆｉ ｎ ｆ ｅｏ ｉｉ ｎ ｔ ａ ｉｔｏ ａｔ ｒ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｔｗａ ｏ ｎ ｙ ｔ ｅｉｖ ｓ ｉ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｔ ｃ ｇ ｏ
Ｃ ｎ ｔ ｃ ｉ ｃ ｉｅ ｙ Ｃ ．Ｌ ｄ ， ｂ ｒ ｋ ｋ ｎ ３ ０ ０ ３ Ｊ ｐ ｎ ｏ ｓｒ ｔ ｎ Ｍａ ｈｎ ｒ ｏ ｔ ． Ｉ ａ ａ ｉ ｅ ０ ０ １ ， ａ ａ ） ｕ ｏ －
Ａｂ ｔａ ｔ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｆｆ ｗ－ ｒ ｓｕ ｅ ｄ ｏ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃａ ｄ ｏ ｉ ｃ ｒ ａ ｃ ｌｕ ａｉｎ，ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ： ａ ｅ ｎ ｔ ｅｅ ｐ ｒｍｅ ｔｏ ｌ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｐ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｎ ｒｆ ｅ ａｅ ａｃ ｌｔ ｏ ｉ ｏ ｈ
滑 阀矩 形节流槽 阀 口的流量 系数
冀 宏 ，张继环 ，王东升 ，张 玮 ，刘小平
（ ．兰州理工大学 能源与动力工程学院 ， １ 甘肃 兰州 ７ ０ ５ ； ．日立建机技术研究所 ， ３００ ２ 日本 茨城县 ３０ ０ ３ ００ １ ）
基于Fluent的滑阀阀口流动特性仿真分析
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｌｏ ｆ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｉｃ ｆ ｅ ｏ ｆ ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ — ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｌｏ ｆ ｗ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｐ ｌ ｏ ｔ ａ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
Ｏ 引言
随 着 科 学 技 术 的迅 速 发 展 及 工 业 水 平 的提 高 ， 对
力 分布 ，阀口流 量特性 以及 阀芯受力等 结果，为深入
了解 滑 阀 的工 作 机 理 ，对 结 构 进 行 优 化 设 计 具 有 重 要 意 义 。 同时 ，应 用 计 算 机 仿 真 ， 可 使 设 计 者 将 更 多 的
ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｏ ｐ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｌ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ห้องสมุดไป่ตู้ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ．
Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｓ ｌ ｉ ｄ ｅ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ ； ｌｏ ｆ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ， ＂ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ； ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｔ
典型滑阀节流槽的优化设计
勇 ， 兰秋华 ，李维嘉。
４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
４ １ ０ １ ０ ０ ； ２ ．华 中科技大学 船舶与海洋工程学 院，湖北 武汉
摘
要： 基于Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 流场仿 真分 析软 件 ， 对单 ｕ形 、 斜 Ｕ形 、 Ｖ形 、 ２ Ｕ形 、 ３ Ｕ形及 Ｕ＋ Ｖ形 节流槽 在 定压
，
Ｗｕ ｈ ａ ｎ ，Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ，ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｌ ｆ ｏ ｗ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ －
２ ０ １ ５年 第 １ １瓤
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ３ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ ． ２ ０ １ ５ ． １ １ ． ０ ０ ７
液 压 与 气动
３ ５
典 型 滑 阀节 流 槽 的优 化 设 计
易迪升 ，彭
（ １ ．三一汽车起重机械有 限公 司 ， 湖南 长沙
关 键词 ： 节 流槽 ； 优化 设计 ； 流 量特性 ； 试 验验 证
中图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ３ ７ ． ５ ２ 文 献标 志码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０ － ４ ８ ５ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ｌ １ － ０ ０ ３ ５ ０６ －
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ Ｎｏ ｔ ｃ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｓ ｐ ｏ ｏ ｌ Ｖａ ｌ ｖ ｅ
基于fluent的滑阀液动力研究
基于fluent的滑阀液动力研究及结构分析刘杰天津理工大学机械工程学院摘要：液动力是设计、分析液压控制阀及液压系统考虑的重要因素之一。
文中采用理论推导与CFD结合的方法，利用流体分析软件FLUENT进行不同开口度下的仿真实验，仿真研究了不同开口度以及不同边界条件的滑阀阀内的流场，分析了出口节流滑阀阀芯所受的最大液动力，并提出了优化方法。
所进行的研究工作对于系统建模分析和滑液动力的补偿研究提供了依据。
关键词：FLUENT最大液动力优化设计The Research of Flow Force of Sliding Valve and Structural Analysis Based on FLUENT液压滑阀是流体传动与控制技术中非常重要的基础元件,其作用是控制流体的流量及流动方向，对滑阀的受力和工作过程进行深入的研究就显得十分必要。
液压滑阀依靠圆柱形阀芯在阀体或阀套的密封面上作轴向移动而打开或关闭阀口，从而控制流体流向，常用于液压装置中，使运动机构获得预定方向和行程的动作或者实现自动连续运转。
它的特性为易于实现径向力的平衡，因而换向时所需的操作力小，易于实现多通路控制；工作可靠；制作简单。
液动力的计算在液压阀的受力分析中最为关键。
进行液压阀的设计、分析和试验时，必须对其工作过程中的力学特性有透彻的了解，其中最基本的就是对阀芯受力(液压力、弹簧力、稳态瞬态液动力、摩擦力、惯性力等)的定性分析和定量计算。
在液压阀阀芯受到的所有力中，最难准确计算的就是液动力。
液动力是影响液压阀性能的关键因素之一,不仅决定换向阻力也影响阀的精确控制。
液动力对液压系统的性能影响很大，它不仅是设计控制阀所必须考虑的重要因素，而且其方程还是分析液压系统特性的基本方程之一。
尤其是在设计、分析和试验大流量液压控制阀时由于其阀芯液动力很大，液动力对阀及整个液压系统的性能影响更大。
对阀芯液动力的准确计算和有效补偿，是提高大流量液压控制阀及其系统操作舒适性、可靠性、安全性及节能的关键环节之一。
节流槽滑阀性能影响因素及其多目标优化设计研究
节流槽滑阀性能影响因素及其多目标优化设计研究节流槽滑阀是一种常见的液压控制元件，广泛应用于工业领域。
它通过改变节流槽的横截面积，控制液压泵输出流量的大小，从而实现对液压系统的压力、速度等参数的稳定控制。
然而，由于液压系统工作条件的复杂性和多样性，节流槽滑阀的性能可能会受到多种因素的影响，因此有必要进行多目标优化设计研究，以达到更好的控制效果。
一、节流槽形状对性能的影响节流槽的形状对节流槽滑阀的性能有着直接的影响。
不同的节流槽形状会导致不同的流动阻力和流动特性，进而影响流量的控制精度和响应速度。
一般来说，节流槽的宽度越窄，流动阻力越大，流量控制精度越高，但是响应速度较慢；相反，节流槽的宽度越宽，流动阻力越小，响应速度越快，但是流量控制精度较低。
因此，在设计中需要根据实际需求选择合适的节流槽形状。
二、节流槽尺寸对性能的影响节流槽的尺寸也是影响节流槽滑阀性能的关键因素之一。
节流槽的尺寸直接决定了节流槽的流通能力，对于满足液压系统流量要求和控制精度要求至关重要。
如果节流槽的尺寸太小，会导致流动阻力过大、流量控制不准确；如果节流槽的尺寸太大，会导致流动阻力过小、控制灵敏度较低。
因此，在设计中需根据流量要求选择适当的节流槽尺寸。
三、材料对性能的影响节流槽滑阀的材料选择也是影响其性能的重要因素之一。
材料的选择直接影响到节流槽滑阀的密封性、耐腐蚀性和使用寿命等方面的性能。
一般情况下，液压系统中使用的节流槽滑阀要求具有较好的耐腐蚀性和耐高温性能，能够在复杂的工作环境中长时间稳定工作。
因此，在设计中需要选择具有良好材料特性的材料。
四、优化设计方法针对以上影响因素，可采用多目标优化设计方法，综合考虑各因素的影响，寻求最佳设计方案。
首先，可以根据实际需求建立数学模型，将节流槽形状、尺寸和材料等因素作为设计变量，将流量控制精度、响应速度和使用寿命等指标作为优化目标。
然后，可以运用遗传算法、模拟退火算法等数学优化方法，通过迭代计算确定最佳设计参数。
基于CFD的液压滑阀U形槽阀口的稳态液动力仿真研究
小，稳态液动力有所增加。
可见，液动力的理论计算关键是确定射流角
参考文献
θ1 、θ 2 和面积 A ，此处射流角 θ1 、θ 2 取流场计算所
［1］刘晓红，柯坚. 基于计算流体动力学解析的液压锥阀噪
得的角度数值大小。
声评价［J］. 中国机械工程，2007，18（22）：2687-2689.
结语
（3）
式中：c v 为速度系数值；θ1 为阀口的流束射流角数
值；θ 2 为阀口的流束射流角数值。
分，运用三维流体计算软件 STAR-CD 对 U 形槽液
压滑阀内流场进行求解，通过解析计算得到滑阀不
同阀口开度下稳态液动力的数值，结果表明：在该
U 形节流槽的流入和流出方向上，稳态液动力均使
阀口趋于关闭，流出方向的液动力要比流入方向大
［4］王银，孙泽刚，李开世. 液压锥阀空化流分析及阀芯结
构改进研究［J］. 机床与液压，2019（4）：79-81.
［5］王国志，吴文海，刘桓龙，等. 电液比例斜盘式轴向变量
柱 塞 泵 的 压 力 特 性 仿 真［J］. 机 床 与 液 压 ，2007（2）：
127-130.
［6］高飞，王磊，黄健康. 变压力液压系统动态压力建模仿
（2）流入节流槽方向
图 3 b）为流入该节流槽的控制体，根据分析，
可得稳态液动力计算公式为
F f = ρq v v1 cos θ1 - ρq v v 2 cos θ 2
4.2
［2］李辉，柯坚，刘晓红. 基于 CFD 的液压锥阀结构特性分
析［J］. 流体机械，2009（9）：33-36.
［3］石金艳，周会，史时喜. 负流量控制机构伺服阀参数对
U型节流槽式液压滑阀热特性的研究的开题报告
U型节流槽式液压滑阀热特性的研究的开题报告
一、选题背景
液压滑阀作为一种常见的液压控制元件，由于其结构简单、工作可靠、操作方便等优点，已广泛应用于机械工程、航空航天、军事装备等领域。
然而，由于流体流动过程中产生的热特性影响，液压滑阀在工作过程中可能会发生压力波动、工作不稳定等问题，影响控制系统的性能和工作寿命。
为了解决这一问题，必须深入研究液压滑阀的热特性，探究其内部流体流动规律和热传递机制。
二、研究内容
本研究选取U型节流槽式液压滑阀为对象，通过数值模拟和实验研究，探究其在不同工作条件下的热特性，并分析其主要影响因素。
具体研究内容包括：
1.建立U型节流槽式液压滑阀的数值模型，探究其内部流体流动规律，并分析流场的温度分布和热传递特性。
2.利用热成像技术等实验手段，测量U型节流槽式液压滑阀在不同工作条件下的表面温度分布，分析其热特性和热失真情况。
3.研究U型节流槽式液压滑阀的各种参数对热特性的影响，包括流量、压力、温度等因素的变化对流场的影响。
4.分析热特性对液压滑阀性能和寿命的影响，并提出相应的优化措施和建议。
三、研究意义
本研究对于提高液压滑阀的性能和工作寿命具有重要意义。
通过深入探究U型节流槽式液压滑阀的热特性，可以较为全面地了解液压滑阀在不同工况下的表现，为优化控制系统设计提供技术依据。
此外，研究
还可以为相关行业提供有效的技术支持和指导，推动液压技术的进一步发展和应用。
节流阀内部流场数值模拟分析毕业设计论文
安徽建筑工业学院毕业设计 (论文)专业机械设计制造及其自动化班级 06城建机械2班学生姓名龙五学号 06290070222 课题节流阀内部流场数值模拟分析指导教师黄磊2010 年 5 月 28 日摘要单向节流阀是流体传动与控制技术中重要的基础元件，节流阀内部的流场特性直接影响节流阀的性能。
本文结合计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT对节流阀的内部流场进行了数值模拟与分析计算。
本文按照实际使用中的节流阀的参数，采用Solid Works软件，建立了阀的三维几何模型。
运用FLUEN T前处理软件GAMBIT了网格的划分。
在FLUENT 软件中对两种模型的流场进行了稳态数值模拟。
在主阀阀芯的性状不同、边界条件相同和节流口开口宽度不同、边界条件相同时对流场进行模拟，找出影响阀芯压力和速度分布的因素。
在对主阀口进行模拟时，分别对比不同开口宽度时的沿程压力分布情况，进而选择出最适合此处的主阀阀芯性状和开口宽度。
对阻尼小孔进行数值模拟时，重点考虑节流阀开口处两端的压力差，找到两端压力差小的阻尼孔直径数值。
关键词:单向节流阀，内部流场，数值模拟ABSTRACTUnidirectional Throttle Valve is a fluid transmission and control technology based on the most important components, valve relief valve within the flow field characteristics of a direct impact on the performance of valves. In this paper, computational fluid dynamics CFD (Computational Fluid Dynamics) software FLUENT for Pilot-operated relief valve of the flow field calculation and analysis of numerical simulation.In this paper, according to the actual use of the Pilot-operated relief valve of the parameters, the use of Solid Works software, the establishment of a Pilot-operated relief valve of the three-dimensional geometric model. FLUENT software, the use of pre-treatment works GAMBIT division of the grid. FLUENT software in two models of the flow field of the numerical simulation of steady-state.Spool valve in the main traits of the different boundary conditions and damping the same hole diameter is different from the same boundary conditions to simulate the flow field to identify the impact of pressure and velocity distribution spool factors. Main valve port in the simulation, the main valve, respectively, compared to the structure of spherical cone valve cone peaceful side of the valve structure of the distribution of pressure along the way, and then select the most appropriate here traits of the main valve spool. Damping holes on the numerical simulation, the focus on small damping of the pressure difference at both ends to find the pressure difference at both ends of the small diameter of the damping value.KEY WORDS: Unidirectional Throttle Valve, the flow field, numerical simulation目录目录 (Ⅲ)第一章绪论 ............................................................................... 错误！未定义书签。
改进矩形节流槽滑阀阀口的流量特性仿真分析
改进矩形节流槽滑阀阀口的流量特性仿真分析
吴跃能;李建英;李旭飞;黄宇轩;李月影;程洛
【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》
【年(卷),期】2024(29)1
【摘要】针对滑阀的静态特性能够影响液压伺服系统性能的问题,主要采用软件模拟仿真的方法分析了在滑阀阀芯台肩处设置改进矩形预开口的情况下,获得随着阀芯位移的变化阀芯内部流场的压力、流速以及流量的分布规律,从而得到阀芯的应变情况,得出不同过流面的压力及流速变化规律,并仿真分析了在无预开口情况下对应的压力,流速,流量等参数的分布情况,分析了在开设圆形预开口与无预开口情况下对液压阀流量增益的影响。
仿真结果表明滑阀采用改进矩形槽结构之后,能明显改善其内部的流场分布、有效减小了阀芯变形,从而提高换向阀的动静态性能。
【总页数】9页(P35-43)
【作者】吴跃能;李建英;李旭飞;黄宇轩;李月影;程洛
【作者单位】哈尔滨理工大学机械动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.52
【相关文献】
1.滑阀矩形节流槽阀口的流量系数
2.滑阀节流槽阀口的流量控制特性
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阀阀口的流量特性仿真研究5.基于CFD的双三角形节流槽液压滑阀阀口稳态液动力的仿真分析
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天然气井口节流阀流场数值模拟
天然气井口节流阀流场数值模拟王祎楠【摘要】天然气在通过井口节流阀时由于J-T效应(焦耳-汤姆森效应)会引起温度急剧下降,极易与天然气中含的水形成水合物,从而堵塞管道、影响生产,严重时会造成气井停产,管道停输、炸裂等严重事故.基于计算流体力学软件Fluent,对天然气通过井口的节流过程进行数值模拟,模拟结果显示了天然气节流过程中压力场、温度场变化规律,节流后的气流能量逐渐衰减,最后与周围气体相混合达到平衡,并且温度呈逐步升高趋势.在此基础上,预测了节流过程中能否生成水合物,并提出水合物的预防措施,即定期地进行井口注醇、井口电伴热等方法,为实际生产中水合物的防治提供了理论指导.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】3页(P10-12)【关键词】天然气;节流;水合物;CFD模拟【作者】王祎楠【作者单位】大庆油田有限责任公司第四采油厂【正文语种】中文天然气从井口采出过程中，由于地层含有水分，故采出天然气中往往也具有一定含水，当含水天然气流过气井井口节流阀时，由于焦耳-汤姆森效应[1-3]，会产生较大的压降和温降以及流态的变化，有可能达到水合物的形成条件，在管道中形成水合物，从而引起管线堵塞等问题，影响生产。
当气体组分确定时，天然气水合物形成条件主要取决于流体的压力和温度，能否正确预测天然气节流后的工况参数（温度、压力），是进行水合物堵塞防治的前提和依据[4]。
基于计算流体力学软件Fluent，对气井井口节流阀前后压力及温度等工况参数变化规律进行数值分析[5-7]，为预测天然气水合物的形成及预防治理提供指导。
1 模型的建立1.1 气井生产参数以庆深气田徐深1井生产数据为依据，研究节流阀前后气体工况参数，并进行数值模拟分析。
节流参数见表1。
1.2 几何模型与网格划分在结构图（图1）的基础上，建立如图2的三维模型，该固定式节流阀是一个直管段，它由三段组成，其中， D=62 mm， d=2 mm，比值 d/D=0.032；沿着流动方向， L1=300 mm， L2=20 mm，L3=1 000 mm。
滑阀矩形节流槽阀口的流量系数
滑阀矩形节流槽阀口的流量系数冀宏;张继环;王东升;张玮;刘小平【摘要】基于阀口流量压差特性试验和矩形阀口面积计算,对滑阀上矩形节流槽阀口的流量系数进行研究,获得滑阀矩形节流槽阀口流量系数及其变化规律.研究发现:滑阀矩形节流槽阀口流量系数与阀口开度、液流方向、截面深宽比和截面水力直径关系密切,阀口开度较小时流量系数接近于1,随着阀口开度的增大而逐渐减小,在阀口中间区段接近于常数,在接近全开度时流量系数又快速增大;流入节流槽方向的流量系数比流出方向大0.05～0.10;流量系数随矩形节流槽截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2010(036)003【总页数】4页(P47-50)【关键词】滑阀;矩形节流槽;阀口;流量系数;特性【作者】冀宏;张继环;王东升;张玮;刘小平【作者单位】兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;兰州理工大学,能源与动力工程学院,甘肃,兰州,730050;日立建机技术研究所,日本,茨城县,3000013【正文语种】中文【中图分类】TH137非全周开口滑阀的阀口由各种形式的节流槽及其组合构成,广泛应用于工程机械液压主控制阀[1]、液压比例阀[2]和伺服阀等元件中.相对于传统滑阀(全周开口形式),非全周开口滑阀的面积梯度容易控制,流量调节范围宽,可使液压执行机构获得良好的运动性能.阀口流量特性是液压控制阀的基本特性,流量系数是衡量阀口流量特性的关键参数.目前关于滑阀、球阀、锥阀及节流孔的流量系数研究较多[2-6],工程上也多将流量系数取为常数,而有关滑阀节流槽阀口流量系数的研究较少.在此类滑阀的设计计算中,节流槽流量系数的选取存在较强的近似性和模糊性.矩形节流槽是滑阀中典型的节流槽形式之一,本文对滑阀矩形节流槽阀口的流量系数进行了试验研究和分析,获得了矩形节流槽阀口的流量系数及其变化规律,研究结论具有普适性.研究发现,矩形节流槽阀口的流量系数与全周开口滑阀有较大差别,矩形节流槽阀口的流量系数与其阀口开度、液流方向及节流槽的结构特征存在密切关系.1 滑阀矩形节流槽及其阀口面积图1给出滑阀和矩形节流槽(也称为U形节流槽)的结构简图,滑阀上均布有多个矩形节流槽及复合槽,在阀芯沿其轴线运动时,可获得需要的阀口面积变化规律.图1 滑阀和矩形节流槽的结构简图Fig.1 Schematic diagram of configuration of spool valve with rectangular throttle notches有关矩形节流槽阀口面积的确定原则及其计算方法,可参看文献[7],在此不再赘述.2 节流槽阀口流量压差特性试验2.1 试验装置与矩形节流槽特征分析试验装置如图2所示,直线步进电机拖动试验阀芯移动,每个试验阀芯上布置一种节流槽.比例变量泵的供油流量调定为60 L/min,安全阀的调定压力调定为30 MPa,背压阀的设定压力为2 MPa,油温40℃.数据采集系统通过流量传感器和压力传感器分别采集被试阀的流量和进出口压力.图2 试验测试系统简图Fig.2 Schematic diagram of experimental measurement system试验阀芯节流槽的结构参数见表1.表中同时列出了矩形节流槽的截面深宽比(Dn/2Rn)和水力直径Dh.根据矩形节流槽的结构特点,本文提出用节流槽截面的深宽比、水力直径作为描述矩形节流槽形态的特征参数.表1 试验阀芯节流槽及特征参数Tab.1 Throttle notches of tested spool and its characteristic parameters阀芯编号宽度2Rn/mm深度Dn/mm长度Ln/mm深宽比Dn/(2Rn)水力直径Dh/mm 1#2#3#4#2 2241 23255551/213/21/24/3212/512/5矩形节流槽截面的水力直径Dh=4A2/χ,其中A2为矩形节流槽截面面积,χ为湿周. 由图3可见,矩形节流槽的上表面为短圆弧,可以近似看作直线,由水力直径计算公式可得出矩形节流槽的水力直径.水力直径反映了矩形节流槽接近圆孔的程度,水力直径越大,其截面越接近于圆孔.图3 矩形节流槽截面Fig.3 Cross-section of rectangular throttle notches深宽比反映了矩形节流槽截面的深浅程度,其值越大,矩形节流槽越深,如表1和图3中的3#阀芯;其值越小,矩形节流槽越扁平,如表1和图3中的1#和4#阀芯.2.2 试验结果及处理由阀口流量和阀口压差的关系式式中:qV为流量的实测值,L/min;Δp为压差的实测值,MPa;AU为阀口面积的计算值,mm2,油液密度ρ取860 kg/m3.根据矩形节流槽阀口面积AU的计算公式[7],可以得出试验阀芯的阀口面积计算曲线,如图4所示.将阀口两端压差、流量实测值和面积计算值代入式(2),可得出流量系数,如图5所示. 图4 矩形节流槽的阀口面积Fig.4 Orifice area of rectangular throttle notches 图5 矩形节流槽的流量系数Fig.5 Flow coefficients of rectangular notch throttle orifice3 矩形节流槽阀口流量系数分析3.1 流量系数与节流槽阀口开度的关系由图5a和图5b可以看出,在阀口开度较小时(流入方向时 x＜2 mm,流出方向时 x ＜1 mm),随着阀口开度增大,流量系数从1.0快速减小至0.8或0.7;在阀口开度接近节流槽全开口时(x＞4.3 mm),流量系数随着阀口开度的增大而快速增大;在阀口开度中间区段,流量系数可近似为常数.流量系数反映了节流槽阀口局部的液阻特性,流量系数越大,阀口液阻越小,在相同压差下,通过阀口的流量更多.由二级节流模型[7-8]可知,矩形节流槽在阀口开度很小或接近全开时,节流槽只有一个节流面起主要节流作用,接近于薄壁孔的出流特性,节流槽对液流的阻力作用较小,因此流量系数较大.在节流槽阀口的中间开口区段,节流槽二级节流效果明显,对液流呈现了较大的阻力,因此流量系数较小.3.2 流量系数与液流方向的关系由图5c可以看出,在节流槽阀口的大部工作区段(1.0～4.5 mm),流出节流槽方向的流量系数比流入方向流量系数大0.05～0.10.流入方向的流量系数在阀口中间区段为0.65～0.72,且不同截面的矩形节流槽流量系数的数值比较集中,多数达到0.70,表明节流槽的截面形状对流量系数影响较小;流出方向的流量系数为0.70～0.83,流量系数随节流槽的截面形状及尺寸变化较大.在阀口很小和接近全开口时,流入方向的流量系数大于流出方向的流量系数.节流槽流量系数随流动方向不同,会表现出节流槽阀口流量特性的“流量回环”[8]现象.3.3 流量系数与矩形节流槽截面形状及尺寸的关系由图5a和5c可以看出,当矩形节流槽截面为正方形时,即截面的深宽比等于1(如2#阀芯),其流量系数曲线位于流量系数曲线组的中间;当矩形节流槽的截面深宽比减小时(如1#和4#阀芯),其流量系数较小;当矩形节流槽的截面深宽比增大时,流量系数增大(如3#阀芯);当深宽比相当时,水力直径较大的矩形节流槽,流量系数较大(如4#阀芯流量系数比1#阀芯流量系数大).3.4 影响矩形节流槽流量系数的主要因素由上述分析可以得出影响矩形节流槽流量系数的主要因素及其变化规律,见表2. 表2 影响矩形节流槽流量系数的主要因素Tab.2 Main influencing factors on flow coefficient of rectangular notches throttle orifice主要影响因素阀口流量系数阀口开度阀口中间区段,流量系数近似为常数;小阀口及接近全开时,流量系数较大.曲线为中间平、两端翘液流方向流出方向的流量系数比流入方向大0.05～0.10截面深宽比截面深宽比越大,流量系数越大截面水力直径深宽比相当时,水力直径大的节流槽,流量系数较大4 结论研究发现:滑阀矩形节流槽阀口的流量系数与阀口开度、液流方向及节流槽结构特征有密切的关系,呈现稳定的规律性.1)小阀口开度,节流槽流量系数接近1,随着阀口开度增大,流量系数快速减小;阀口中间区段,流量系数可近似为常数;接近全开口时,流量系数又快速增大.2)液流方向不同,流量系数有显著差别.在阀口中间区段,流出节流槽方向的流量系数比流入方向大0.05～0.10,流出方向的流量系数为0.70～0.83,流入方向的流量系数为0.65～0.72;在小开口和接近全开口时,流出方向的流量系数小于流入方向.3)矩形节流槽的截面深宽比和截面水力直径是影响流量系数的两个重要参数,也是矩形节流槽形态的典型结构特征.截面深宽比大,则流量系数增大;当截面深宽比相当时,水力半径大的矩形节流槽,流量系数较大.参考文献:[1］LU Y X,WANG Q F,LI W.Proceedings of the Six th International Conference on Fluid Power Transmission andControl[C].Hongkong:International Academic Publishers LT D,2005:435-438. [2］路甬祥,胡大纮.电液比例控制技术[M].北京:机械工业出版社,1988.[3］盛敬超.液压流体力学[M].北京:机械工业出版社,1980.[4］OSHIMA S,LEINO T,LINJAWA M,et al.Effect of cavitation in water hydraulic poppet valve[J].International Journal of Fluid Power,2001,2(3):5-13.[5］贺小峰,黄国勤,杨友胜,等.球阀阀口流量特性的试验研究[J].机械工程学报,2004,40(8):30-33.[6］LIU Yinshui,YANG Yousheng,LI Zhuangyun.Research on the flow and cavitation characteristics of multi-stage throttle in water-hydraulics[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part E:Journal of Process Mechanical Engineering,2006,220(2):99-108.[7］冀宏.王东升,丁大力,等.非全周开口滑阀阀口面积的计算方法[J].兰州理工大学学报,2008,34(3):48-51.[8］冀宏.液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究[D].杭州:浙江大学,2004.。
滑阀式换向阀三维流体速度场的数值模拟
·１５０·哈尔滨工业大学学报第３９卷Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程描述．Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程是流体力学中很重要的数学方程，但它是很难求解的，即使采用数值计算的方法，也有较大难度．１一阀芯；２一。
回油腔；３一Ａ流体膜；４一Ｐ高压腔；５一分析圆周线；６一Ｂ流体腔；７一阀体图ｌ阀内流动分析图２阀内的控制流体边界不意图１．２Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程质量守恒定律表明：任何给定质点所组成的流体，在运动过程中，所具有质量Ｍ保持不变．当液压系统用的工作介质为上述不可压流体时，流体粘度队流体密度ｐ近似为常数．可得不可压粘性方程¨“１为詈＋ｕ嚣＋ｕ詈＋伽署＝色一——＋Ｕ——＋Ｕ——十ｔｔＪ——＝石．一ａｔａｘａ、，ａｚ古警＋告（害＋雾＋窘），ｐａ筇ｐ、ａ戈２ａｙ２ａ产，７等＋“塞＋＂筹＋加老＝嘭一——＋“——＋＂——＋加——２石．一ａ￡ａ戈ａｖａｚ吉考＋告（窘＋雾＋害），ｐａ），ｐ＼ａ戈２ａｙ２ａｚ２，’辈＋Ｍ娑＋ｔ，娑＋删辈：Ｂ：一面＋Ｍ丽＋ｕ面＋删面２Ｂ：一古警＋告（害＋雾＋害）．ｐ以。
ｐ＼ａ咒２。
ａｙ２。
ａｚ２厂对应为工作介质密度，３个坐标方向上的速度分量、压力和３个坐标方向的单位质量体积力．１．３有限元方程假定流场中的速度ｕ、ｕ、伽和压力ｐ在单元ｅ中的近似函数表达式Ｈ１为ｒｕ＝Ｍ；（ｆ）函？（髫，ｙ，ｚ），｛ｔ，＝ｔ，ｉ（ｆ）西？（戈，ｙ，石），（３）ｏ伽＝伽ｉ（≠）函？（戈，ｙ，ｚ）．ｐ＝ｐ＾（ｆ）吼（戈，ｙ，ｚ）．（４）其中：函ｉ（石，），，ｚ）是在３个坐标方向上选定的速度插值函数，：一１，２…，Ｌ，，Ｕ是单元中速度结点总数．吼＝吼（ｚ，ｙ，名）是选定的压力插值函数；Ｊ｜｝＝１，２，３…，Ｌ，Ｌ是单元中压力结点总数．Ｍｉ（ｆ）、＂ｉ（￡）、埘ｉ（ｆ）和ｐ。
（￡）分别是￡时刻在ｉ，后结点上的速度值和压力值．应用伽辽金法，对动量方程取速度的插值函数痧作权函数，对连续方程取压力的插值函数吼作权函数．把方程式（３）和（４）的插值函数分别代人方程式（１）和（２）得残量，并把残量与插值函数作内积，令其等于Ｏ．对单元所有节点都做上述内积，则得到三维流动的有限元方程，由方程式（１）得到的单元有限元特征式为Ａ“吩＋Ｂｇ’‰叶＋曰孑’ｕｆ吩＋曰ｇ’叫ｚ吁＋ｃ｜ｋｐｋ＋Ｄｔｉｕｉ２Ｅ。
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对 于 ｕ型槽 和 Ｋ型槽 ， 压差 主要 集 中在 如 图 １ 所示的 Ａ 、 和 ４ ： 的 位置 ， Ａ： Ａ 、 和 ， 同时也 表
示 等效 阀 口面积 。 中 ｕ型槽 可 以认 为是 由两个 等 其 效 阀 口面积 串联 而成 ， Ｕ型槽 总 的 阀 口面 积［ 则 １ ：
引 言
节 流槽 式滑 阀广 泛应 用 于液 压伺 服 阀 、 比例 阀 以及 工程机 械液 压 主控制 阀。滑 阀 内的流 场特性 直 接 影 响 阀 的性 能 ， 特别 是 不 同形 状 的节 流槽 可 以获 得 不 同 的流量 控 制 特性 ， 滑 阀 的工作 性 能有 很 大 对 的影 响 。所 以 ， 获得 各 种节 流槽 的流 场 特性 数 据 是 高 品质 液压控 制 阀设计 的关键 环节 。通 过合 理配 置 节 流 槽 ， 不 同基本 节 流 槽 进 行 组 合 ， 以获 得 丰 对 可 富 的 多级 阀 口面 积 曲线 ， 施 对 流 量 的 多级 节 流 控 实 制， 以满足 不 同工况 下液 压 执 行 机构 起 动或 停 止 时 的平 稳 性 ， 以及 工 作 区段 根 据 工 况需 要 分 级 或 者 比 例控 制液压 执 行机 构 的运动 速度 。节 流槽 的形 式有 很多 ， 参见 文 献 ［～ 】， １３ 主要 分 为 等 截 面节 流 槽 和渐 扩型 节流槽 。 文 主要研 究 组合 式节 流槽 Ｕ Ｋ 的流 本 ＋ 场特性
模 型的压力分布和速度分布云 图 ， 根据所得流量值 和稳 态液动力值绘制 了曲线 。利用 等效阀 Ｖ面积原理理论计算 Ｉ 了 Ｕ Ｋ型节流槽 的过流面积及液动力 ， ＋ 绘制 了液动力 曲线与仿真值进行 了比较 。 关键词 ： 阀； 滑 节流槽 ； 数值模拟 ； 动力 液
中 图分 类 号 ：ＨＩ ７ Ｔ ３ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：１７ — ９４ （０ ０ ０ — ０ ３ ０ ４ ６ ２ ８０ ２ １ ）５ ０ ２１—４０
作者简介 ： 吴晓 明（９ ７ ）男 ， １５ 一 ， 工学博士 ， 山大学机械工 程学院教 燕
授， 主要研究 方向为机电液综合控 制系统。
１ ４
赢体 动与控副
２１年 期 ０ 第５ ０
以此 时节 流 面积 为 和 的串联 ；＝ ｉ 时 ， ４１ Ｔ ｍ 压 力变 化 主要集 中在 、 和 处 ， 以此 时节流 面 Ａ 所 积 为 和 ４ 的并联 ， 然后 和 Ａ１ 串联 。 参 考 前 面 Ｕ型 节 流槽 的算 法 ，由 此 可 以确定 Ｕ Ｋ型节 流槽 过流 面积 的计 算公式 ： ＋
节流槽 滑 阀与普 通滑 阀的最大 区别在 于节流 面 积与 阀芯位 移不存 在准 确 的函数表达 式 ，所 以导致
图 ５所 示为上 节 流槽 口在 对称 面上 的速度 场 云
图和矢 量 图。从 图 中可 以看 出 ，节流 口处 的速 度最 大 ， 和这里 的压力 梯度 正好对 应 。 这 随着 开 口量 的增 大 ， 大速度 点前移 ， 围不断增 大 。由于 Ｋ型槽 的 最 范
导 流作用 ， 出射 角变化 很小 ， 这是 由于节 流面积 的变 大 ，节流槽 后 面 的阀腔 内的速度 变化更 加剧烈 。另 外， 随着 阀 口的变大 ， 阀腔 内的漩 涡越来越 明显 。
ｕ Ｋ ＝ ＋
韪 书
３２ 速 度 和 流 量 结 果 ．
图 ２ 滑 阀和 节 流 槽 尺 寸
其 中 ， ０ ≤３时 ， ０ 当 Ａ２ 。 ＝
另 外 ， ４中壁 面 的 Ｅ和 Ｆ点 处 出现 了局部 负 图
压区，它们均是 因在拐角处发生流体脱离壁面而出 现 的 ， 可能 引起 气蚀 现象 。 有
并联。
式 中 ， 和 ｃ Ｃ 为等 效 阀 口面 积 Ａ 和 Ａ： 的流 量 系
数 ， 为节 流槽 总 的流量 系数 。 ｃ 取 Ｃ ＝ ｄ ｃ， ： ｄ Ｃ２ ｄ则 ｌ ＝
１
ｕ
（ ２ ）
、 ／ ＋
２ 几何 模 型 及 网格 划 分
Ｕ Ｋ型节 流槽 滑 阀 的几何 模 型如 图 ２ ＋ ，单位 为 ｍ 阀芯 凸肩 上下 对 称分 布有 两个 节 流槽 ， 流 槽 ｍ， 节 开度 为 可 变 的 。利 用 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 建 立 三 维模 型 ， ｏｉ ｒｓ ｄ 导 入 到 Ｇ ｍｂｔ 行 网格 划 分 ， ａ ｉ进 由于 结 构 对称 ， 文 只 本 对 一 半 流道 进 行分 析 ，采 用 四面体 网格 进行 划 分 ， 如图 ３ 划 分好 的网格 导入 到 Ｆｕ ｎ 进行 分析 ， 。 ｌｅｔ 流场
第 ５期 （ 总第 ４ ２期 ）
２ ０Ｏ年 ９月 Ｌ
赢体秸动与 控副
Ｕ Ｋ节流 槽 滑 阀的数 值 模 拟 ＋
吴 晓 明 要 继 业 李 伟 翟 瑞 超 赵 燕
０ ６０ ６ ０ ４） （ 山大学流体传动与控制研究所 燕 河北秦皇岛
摘 要 ： 用 Ｓｌ ｗ ｒｓ 立 Ｕ＋ 型 节 流 槽 滑 阀 的 三 维 模 型 ， 过 Ｆｕｎ 软 件 仿 真 计 算 得 出 阀 口前 后 压 差 恒 定 时 各 利 ｏｄ ｏ 建 ｉ ｋ Ｋ 通 １ｅｔ
（ 型槽 等效 阀 口面积 ｂ （） ａｕ型 槽 等效 阀 口面 积
／
／
图 １ 等效 阀 口 面积 示意 图
１ 节流 槽 的 过 流 面 积 计 算
复 杂 节 流 槽 阀 芯 过 流 面 积 的计 算 可 以引 入 等 效 阀 口面积 嘲 的概 念 。等 效 阀 口面积 是 把 复杂 阀 口 流道 中具 有 明显 节 流作 用 的地 方 等 效 为 一 个 薄 壁 孑 口， Ｌ 液压 阀进 出 口压差 集 中于此 。因此 ， 节流槽 过 流 面 积可 以认 为 是 几 个 等 效 阀 口面 积 的 串联 或 者