新型电液比例阀的设计及其控制方法的研究(12)

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

第2章 基于CFD的阀芯阀腔设计

2.1 引言

锥型液压阀是流体传动与控制技术中重要的基础元件。它由于密封性好、过流能力强、响应快、抗污染能力强,已经获得广泛应用,特别在近年发展起来的插装阀、比例阀中,大都采用锥阀结构。论文设计的电液比例阀也采用锥阀结构。但是在阀的工作过程中,流体在锥阀内部的流动情况非常复杂,这对锥阀的各种性能,包括通流能力、流体噪声、作用于阀芯上的流体液动力等都产生了很大的影响。所以研究锥阀内流场的状态对锥阀的设计非常重要。由于阀内情况复杂，目前技术水平有限，很难通过现有技术非常直观的观察阀内的情况。传统的设计方法是先设计一个粗略的流道结构，通过做流量和压力试验，间接的分析阀内的情况，然后再不断对阀芯形状做出修正。这种方法耗时，费工，资金耗费大。随着基于CFD的流场可视化技术的不断发展，为阀的设计提供了新的方法。流场可视化技术是运用CFD原理对实际应用的液压锥阀内部流场进行准确的三维仿真分析,进而定量分析锥阀内部流道流场状况—速度分布、压力分布、流动的分离与再附壁、漩涡的产生与流体噪声。通过以上的分析再确定影响液压阀特性的主要因素,对液压阀内部流道进行优化设计。

2.2 计算流体力学概述

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。其主要优点是能以较少的费用较少的时间获得大量有价值的研究结果，对投资大周期长难度高的试验研究就更为突出。因此，将CFD与工程研究相结合，不仅有助于工程设计的改进，而且能减少试验的工作量。可以说，CFD是一种有效和经济的研究手段。

从20世纪40年代开始，随着喷气式飞机，超声速导弹的出现，在气体动力学中提出了很多需要解决的问题，实际的需求是促进科学发展的关键。科学家开始用数值方法求解Euler方程和N—S方程，使该问题得到解决。随着流体计算力学的