针对液压阀中的气穴现象会引起液压阀的噪音、性能恶化,甚至导致液压阀失效等问题,对伺服阀前置级喷嘴和挡板之间流场中的气穴现象进行了研究。利用Pro/E软件对流场进行了三维建模,用前处理软件Gambit对三维模型进行了网格划分及边界条件设置,利用标准k-ε模型和混合气穴模型建立流场的数学模型,运用FLUENT软件对不同喷嘴入口流速下流场的分布特性及气穴特征进行了仿真分析;同时利用高速摄像机对喷嘴挡板之间的流场分布进行了观测和记录。研究结果表明,在低雷诺数流动条件下,气穴开始在喷嘴外壁和挡板前端的边缘形成;随着雷诺数的增大,在挡板弯曲的附体气穴逐渐长大并随着射流流速的增加出现云状的气穴。将不同流动条件下流场结构和气穴分布的数值计算结果与试验观测结果进行比较,两者基本吻合,说明伺服阀前置级流场气穴仿真模型和数值

利用流体动力学原理,基于低压液压管路瞬态脉动过程中气泡和气穴同时存在的假设,在连续方程和运动方程的基础上,建立了低压液压管路中伴随气泡和气穴的瞬态脉动数学模型,给出了摩擦阻力项数学模型以及气泡和气穴的体积计算数学模型。并采用有限差分法和Matlab/Simulink,对一段等径水平直管道中有气泡和气穴产生时的压力瞬态脉动特性进行了仿真分析和实验研究。瞬态压力脉动波的仿真结果与实验数据的比较表明:所提出的伴随气泡和气穴的低压液压管路瞬态数学模型是合理的,仿真方法是可行的。

根据纯水液压锥阀的结构特点,在GAMB IT软件中建立纯水液压锥阀模型,并在FLUENT软件中进行求解计算,研究纯水液压锥阀气穴流场。仿真结果表明,锥阀内部气穴发生的位置和程度与压力的分布有直接关系。研究结果对于纯水液压锥阀的气穴控制有一定的理论和实用价值。

针对阀口喷流的现象,采用FLUENT商业化CFD软件中的RNGk-ε湍流模型、多相流气穴模型和壁面模型相结合,对阀体内流场进行了模拟。并据此定性分析几何参数、物理参数等对气穴强度的影响,定量预测阀体内气穴发生的区域,减少阀体内的气穴强度,抑制气穴发生,从而寻求优化的流道结构形状,为设计高效率、低能耗、低噪声的液压阀奠定基础,提供重要的理论和实际应用信息。

借助FLUENT软件对高频电液数字转阀(简称2D数字阀)阀腔流场进行研究,主要对阀口极端环境时的气穴变化规律进行深入探索,揭示2D数字阀阀芯高速旋转时阀口气泡析出、发育过程及溃灭特性对阀口流量的影响。研究结果表明,气穴现象不仅会造成流量阻塞,而且气泡溃灭引起的压力脉动还会对系统形成强非线性干扰,影响阀口输出波形的精度和阀控液压缸激振系统的稳定性。

对多路阀气穴现象进行理论分析,建立空化指数σ与压力之间的函数关系。针对两种典型的U形和V形节流槽,通过改变其几何参数,使用Amesim软件仿真研究几何结构对多路阀空化气蚀特性的影响。最终,根据仿真结果,提出抑制多路阀空化气蚀现象的措施。

为解决配流盘气穴问题,考虑液压油中含气量、泵进油口压力梯度、柱塞转速以及柱塞直径的变化,以柱塞泵运动分析为出发点,在建立油液体积模量和泵的气穴数学模型基础上,结合AMESim单柱塞泵仿真模型,计算不同环境下泵内气穴发生情况。研究表明:当柱塞转速1500 r/min、柱塞直径φ12 mm、含气量占比10%和进油口压力梯度60 L·min^(-1)/MPa时,柱塞泵配流盘进油口位置压力低于空气分离压,发生气穴现象,并且气穴对油液体积模量产生巨大影响。该计算为预防轴向柱塞泵内气穴的发生提供一定的理论依据。

针对纯水介质液压锥阀存在的气穴问题,基于CF-PZ200型号的液压支架操纵阀,改进阀口的结构,借助Soildworks建立了操纵阀三维模型,并用AutoCAD简化锥阀阀口为二维对称模型。基于FLUENT软件对锥阀内流场的气穴现象进行气——液两相流仿真,获得阀口三种结构在三种开口度下的流场压力分布、流速分布、气穴分布及其强度的变化规律。做出新型结构试样,进行实验和仿真的对比分析。研究结果表明:新型阀口结构比原型号的结构蒸汽相体积分数平均减小43.69%,阀口结构气穴指数增大了23.47%,因此新型结构的阀口结构会使得操纵阀发生气穴的可能性减小,抗气蚀性能更好。