高红[1]2003年在《溢流阀阀口气穴与气穴噪声的研究》文中指出气穴是液压系统中常见的一种有害现象,经常发生在阀口附近。不仅破坏了流体的连续性、降低了介质的物理特性,而且引起振动和噪声。同时系统效率降低,动态特性恶化。近年来随着纯水液压技术的发展,气穴及其引起的气蚀问题变得尤为突出,直接影响到阀的性能与寿命。因此,为了设计低噪声、低能耗、高效率的液压阀,研究如何控制阀口气穴的发生和发展非常重要。 本课题针对溢流阀阀口的气穴现象,用计算流体动力学的方法对锥阀和球阀阀口气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生区域,模拟得到的气体体积比分布与可视化实验得到的数字图像处理后的气穴图象非常吻合,验证了数值计算的正确性。进一步分析了锥阀、球阀和纯水液压锥阀阀口几何参数与边界条件对气穴的影响。最后,对溢流阀阀芯形状进行了改进,通过对不同结构的流场分析,来寻求气穴减小的阀芯结构。同时对改进前后的阀进行了气穴可视化实验和噪声测试,实验结果与流场分析结果一致,改进后的阀气穴强度和噪声均得到降低。 首先,本课题针对锥阀阀口喷流的特点,将质量转移方程和气体体积比方程引入RNG k-ε湍流模型,并与两层近壁模型相结合,运用商业化的CFD软件FLUENT对锥阀阀口的气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生后的气体体积比分布。可视化实验运用工业纤维镜与高速摄像机等组成流场可视化试验系统,多方位地观察了阀口附近的气穴现象,对其进行数字图像处理后,获得了气穴流场的分布信息,与仿真结果比较,吻合良好,表明RNG k-ε湍流模型能有效地描述锥阀等液压元件的阀口气穴流动。实验同时采用涡流式位移传感器、激光位移器和数字应变测量仪等构成的检测系统,研究了气穴流场诱发的阀体与阀芯振动。而且对锥阀在不同进口速度和不同出口面积的流场分别进行了模拟。 其次,在此基础上,进一步对纯水液压锥阀阀口的气穴流场进行了研究,
冀宏[2]2004年在《液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究》文中研究说明机电系统及装备的环保及舒适性日益引起人们重视并成为推动科技发展的重要动力，作为主要驱动和控制方式之一的流体动力技术也必须适应这个发展要求。控制噪声已成为流体动力技术进一步发展的关键基础性课题之一。液压元件及系统中的激振流态是诱发噪声的根本原因，由于元件内部流道狭小、形状复杂且流动参数变化剧烈，使得液压元件的噪声研究充满困难和挑战。目前，从流场微观层面对液压元件噪声进行深入系统地研究还很少，对于流道结构与噪声之间关系的认识基本上还处于经验性水平。 本论文以液压技术中基本阀口形式之一的节流槽为具体研究对象，采用理论分析、流场仿真、压力分布测量、气穴流动显示和噪声频谱分析相结合的研究方法，对节流槽的噪声特性进行了较系统的分析，发现利用等截面段形成二级节流或采取大楔形角，可以改善节流槽内压力分布，有效地消除气穴啸叫或降低噪声。提出的阀套移动式压力分布测量方法对于高压、高速、小尺寸复杂阀内流场检测具有普适性。通过对由节流槽构成的非全周开口滑阀稳态液动力的研究，研究发现在流入方向时，液动力数值较小并在阀口中间区段使阀口趋于开启，这为控制滑阀液动力提供了新的方法及思路。本文研究成果对于液压阀口噪声控制具有较大的理论价值和显着的工程实用性。 论文的主要内容如下： 第一章，阐述了本课题研究的重要意义和目的；概述了液压元件噪声控制的研究和发展状况及存在的问题；综述了作为液压元件主要噪声源的空化及空化噪声方面主要研究进展；概述了流场数值模拟及流场测量技术在液压技术中的应用现状；概括了本文的主要研究内容。 第二章，从声学、声辐射基本理论及空泡动力学出发分析了液压阀的噪声机理及类型。对于液压阀而言，气穴噪声属于典型单极子声源是最有效的声辐射源，其他的流体动力噪声源如湍流噪声、脉动力等噪声辐射效率低，可以忽略。从声源角度提出了一个气穴噪声的声压简化模型，分析发现气泡尺寸对声压具有决定性的影响。本章为噪声特性和机理分析提供一定的理论基础。 第叁章，介绍了阀套移动式液压阀压力分布及噪声测量装置、流动气穴显示试验装置和测量方法。分析了测量系统误差来源以及对测量精度的影响。 第四章，推导了典型节流槽的过流面积计算公式，提出了节流槽的主要结构特征和特征参数，节流槽可分为具有等截面段节流槽和渐扩形节流槽两大类。提出了阀口迁移和节流槽多级节流概念，分析了节流槽部位多级分压、流动回环现象。对由节流槽构成的非全周开口滑阀的稳态液动力进行了研究，通过流场计算和理论分析发现流动方向不同液动力大小和方向均有变化，流入节流槽方向时液动力较小，在阀口中间区段液动力方向使阀口趋于开启。摘要 第五章，基于流场仿真及压力分布测量结果对节流槽内部流动进行了分析，研究表明节流槽具有典型的压力分布模式，具有等截面段的节流槽压力恢复迅速，而渐扩形节流槽压力恢复缓慢。讨论了主要结构参数对节流槽内压力分布、最低压力点位置的影响。节流槽的气穴流动显示结果表明气穴形态与压力分布、结构特征关系密切。这些研究结果为揭示节流槽噪声特性奠定了基础。 第六章，通过对大量节流槽的噪声信号测量及频谱分析，总结出影响节流槽噪声的叁个因素;流动方向、阀腔压力和节流槽结构。研究了节流槽主要结构特征参数对噪声的影响，结合压力分布、气穴显示结果，分析了节流槽结构特征、压力分布模式和噪声特性之间密切关联。由压力分布及频谱分析发现气泡粒度大小是节流槽气穴噪声的主要决定性因素，对气泡在节流槽中的成长进行了近似描述。 第七章，提出了适用于典型节流槽的两种流动数学模型:一种是二级阻力模型，一种是压差流剪切流流动模型。数学模型包括了节流槽主要特征参数和工作参数，反映出了压力分布的作用。通过上述模型可以对节流槽噪声进行定性预测。同时，对基于流场仿真结果预测噪声的方法进行了初步探讨。最后，从控制节流槽压力分布、抑制气泡生长思路出发提出了二种具体的节流槽噪声控制方法和结构。 第八章，对本论文的研究工作和成果进行了总结，展望了未来的研究工作。关健词:液压阀口;节流槽;气穴;噪声特性;气泡;压力分布测量;流场仿真; 流动显示
乔西宁[3]2018年在《超高压大流量插装式电液比例溢流阀的研究》文中提出大吨位模锻压机是国家工业实力的标志之一,是航空、航天、石油、化工、船舶等重工业领域核心元件的生产装备。超高压大流量插装式电液比例溢流阀是大型锻压设备液压系统的核心元件。目前,该元件完全依赖进口。本课题的研究对于我国掌握核心技术,打破国外技术封锁,具有重要的意义。本文以超高压大流量插装式电液比例溢流阀为研究对象,完成了原理方案设计、仿真分析、样品试制及试验验证。论文主要包括以下内容:在参考国内外已有研究成果的基础上,根据使用需求,完成了原理方案设计,包括主级、先导级、电-机械转换机构的原理方案设计,完成了尺寸的设计计算与元件选型。为研究阀内部流场气穴现象产生的机理以及抑制气穴现象的方法,使用商业化的计算流体动力学仿真软件Fluent对阀的内部流场进行了仿真分析,主要研究了阀芯半锥角与阀的入口压力对气穴现象产生的影响,并提出了一种流道改进的方法,仿真发现,一定程度上抑制了阀的流场气穴现象的发生。为验证阀的原理方案的可行性以及初步计算的参数合理性,基于AMESim与Simulink完成了建模与联合仿真分析。首先,建立了各级的数学模型,然后根据所建立的数学模型搭建了 AMESim-Simulink联合仿真模型,并在Simulink中完成了模糊PID控制器设计,较之于PID控制器,提高了压力响应速度,减小了压力超调。为探究各参数对阀的动静态特性的影响规律,参照溢流阀测试的国标(JB/T 10374-2013)进行了动静态特性的仿真研究,得到了各关键参数对阀的动静态特性的影响规律,为后续的试验研究及优化改进提供了理论依据。为测试阀的耐压特性、密封特性以及在超高压力下的阀芯阀套的热变形情况,开展了耐压试验研究,设计了超高压耐压试验台,包括液压系统的设计、测控系统的设计、测控程序的编写。经测试,样品阀的耐压特性,密封特性良好,阀芯阀套亦无热变形情况发生。为研究阀的动静态特性以及验证仿真模型的准确性,在高压试验台上,进行了初步的动静态特性试验,得到了阀初步的动静态特性指标,并验证了仿真模型的准确性。论文的最后,总结了本论文的研究成果,并提出了需要进一步研究的内容。
周俊杰[4]2015年在《齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究》文中研究说明外啮合齿轮泵因结构简单、工作可靠被广泛应用于液压传动系统。随着工业应用和环境保护要求的提高，齿轮泵正朝着低噪声、低流量脉动以及高压高速化的方向发展。通常条件下由于回路的背压有限，入口压力较低，齿轮泵容易发生空化，析出的气体对齿轮泵的工作特性产生不利影响。因此，空化问题是齿轮泵研究中的一个重要方向。本文针对当前油液空化模型与齿轮泵流体动力学仿真模型的不足，围绕着外啮合齿轮泵内的空化演变过程和空化对齿轮泵工作特性的影响两条主线展开了系统的研究，运用理论建模、CFD仿真和试验分析相结合的研究手段，构建了基于集中参数法的齿轮泵多连通容积空化演变模型，揭示了齿轮泵内的空化演变规律，为进一步提高齿轮泵设计方法和探究空化与其它物理现象的耦合规律提供了有力工具，具有重要的理论和工程应用价值。通过考虑油液中空气析出与消解过程的时变性，建立了密闭容积内油气两相的动态空化模型，推导了油液属性（如密度和有效体积弹性模量）与含气率之间的本构关系，继而通过试验验证了该模型的有效性，并解释了密闭容积压缩膨胀过程中油液密度的“迟滞”现象。研究表明，油液密度主要受质量含气率影响而油液有效体积弹性模量主要受体积含气率影响；油液膨胀过程中空气的析出速率要大于压缩过程中空气的消解速率。将密闭容积内油气两相动态空化模型推广至连通容积，综合考虑容积内空气的析出和消解、相邻连通容积之间的质量交换以及容积自身体积的变化，推导了含气率微分方程。应用该方程建立了泵入口节流段的集中参数模型，研究了泵入口两相临界流效应，进而获得了喉口直径、油箱压力以及空气析出系数等对临界压力和泵极限供油转速的影响规律。结果表明，临界状态下节流段喉口区油液的流速等于声速；减小空气析出速率对改善齿轮泵空化性能有重要作用。将外啮合齿轮泵等效为多个连通的控制容积，建立了基于集中参数法的齿轮泵多连通容积空化演变模型，分析了气体在不同齿腔内的析出、流动、分布以及消解等演变过程，研究了齿腔内油液压力和含气率的变化特性，揭示了空化对齿轮泵内建压过程、容积效率以及压力流量脉动等特性的影响机理。研究表明，齿轮泵空化时内部泄漏增加，容积效率降低，出口压力脉动变大。最后，研究了空化对齿轮泵开式回路温升特性的影响。分析了回路中元件对外界的散热率，结合气体在齿轮泵流场中的演变行为，提出了空化产热的计算方法。利用液压系统的热力学方程，建立了齿轮泵开式回路的热力学模型，分析了空化时齿轮泵回路的油温变化过程，并通过了试验验证。研究表明，空化产热来源于齿轮泵建压过程中对气体的压缩做功，空化使回路中油液温度上升变快。
参考文献：
[1]. 溢流阀阀口气穴与气穴噪声的研究[D]. 高红. 浙江大学. 2003
[2]. 液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究[D]. 冀宏. 浙江大学. 2004
[3]. 超高压大流量插装式电液比例溢流阀的研究[D]. 乔西宁. 浙江大学. 2018
[4]. 齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究[D]. 周俊杰. 北京理工大学. 2015
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