基于Fluent的液压滑阀内部流场的数值模拟

　　0 引 言

　　滑阀是液压系统的重要元件之一， 流体流经滑阀节流口时产生压力损失和能耗，并使系统发热;流体在滑阀内的动量变化会产生附加的液动力， 可对滑阀控制特性和工作可靠性造成影响; 滑阀内部流道设计不好还会引起空化，产生噪声并腐蚀阀芯。对滑阀内部流场进行研究， 对改善滑阀特性及提高液压系统性能具有重要意义。 本文采用 Fluent 软件对滑阀内部流场的数值模拟，对滑阀的流量系数、阀芯壁面上的压力分布情况和稳态液动力进行了分析研究， 为设计性能优化的滑阀提供了依据。

　　1 仿真模型的建立和计算条件

　　1.1 仿真模型的建立

　　图 1 为滑阀结构简图。 采用 Pro/E 软件对滑阀内部流体做三维实体建模， 因其对称性可取流动区域的一半作为计算区域。 后将三维模型按 stp 格式导入到Gambit 里面划分网格，采用 Hybrid 混合网格。 因在阀口节流面附近压力、速度梯度变化较大，故对阀口局部细化网格。 图 2 为滑阀流场网格的半剖图。

　　1.2 计算条件

　　对滑阀流场进行稳态分析时，流体是与静止壁面接触，边界条件采用速度入口和压力出口，出口截面的绝对压力为 0.2 MPa。假设流体为不可压缩、牛顿流体;流动状态为紊流，采用标准两方程紊流模型;流动介质为液压油，运动粘度为29 mm²/s。

　　2 仿真结果及分析

　　2.1 阀芯壁面压力分布

　　图 3、图 4、图 5 为在三种条件下阀芯壁面上的压力分布曲线图。 壁面 1 为与进油腔相邻的阀芯台肩壁面;壁面 2 为与出油腔相邻的阀芯台肩壁面。

　　由图 3 和图 4 知 ：1) 同一开口度时， 流量的变化对壁面 1 和 2 上的压力分布影响不大。 流量越大，阀芯壁面上分布的压力最低值减小， 而压力最高值增大。2) 壁面 1 上压力先急剧降低，然后逐渐增大，这是因为流体流过阀口时，由于射流的收缩和重新附壁，壁面1 附近形成低压区， 随着流量的增大， 低压值大为减小，甚至出现负压。 过了压力最低谷后，压力开始逐渐增大。 3) 随着流量的增大，壁面 1 和 2 上对应点上的压力差值增大， 则经积分得的稳态液动力也增大。 4)流量 20 L/min 时， 沿阀腔流体上游到下游阀杆上的压力，由于流体流过阀口的射流冲击，先是减小，出现压力低谷，然后压力逐渐增大;流量 40 L/min 时，阀杆上压力的变化先是减小到压力低谷， 随后是增大→减小→增大。 这说明流量变化对阀杆上的压力分布有一定的影响。 流量 20 L/min 时，阀杆上下表面对应位置的压差较小，阀杆径向不平衡力较小;流量 40 L/min 时，靠近出口的相应位置的压差增大，阀杆径向不平衡液压力较大。