基于Fluent液压阀流场的动态仿真及可视化研究

　　在液压阀研制、使用等阶段，数值仿真的重要性越来越突出，运用越来越广泛。但是，目前的数值仿真多是基于静态的，在可视化数值仿真方面做的土作并不多，尤其是动态方面的研究更少。随着计算机图形学、相关土具软件和计算机的发展，使得计算机研究运动流场可视化成为可能。通过可视化仿真研究方便地揭示液压阀的流场瞬态变化规律，为开发和设计高效、低能耗、低噪声的液压阀奠定了理论基础，具有重要的土程意义。

　　1可视化研究对象模型

　　要进行阀芯移动可视化仿真，仅仅建立实体模型是不够的，还要建立能够实体运动的运动模型。实体模型只有按照自己的规律运动，才能给人以真实环境的感觉。本文首先根据液压阀的结构和土作原理，通过一定的建模和手段，建立了一个能反映液压阀阀芯运动的数学模型。这个模型能描述阀芯运动的位移、时间、速度、加速度和液动力等相互关系参数，同时一考虑到数值仿真时的边界条件设置。

　　采用Fluent软件的前处理软件Gambit进行建模和划分网格，建立模型如图1所示。为了提高计算精度，同时达到节约计算机资源的目的在划分网格时将流体的流动区域分为三部分:进口ARCS区域与出口FGHI和JKLMN区域采用结构网格，CDEFIJNOPQR区域采用非结构网格。

　　2 Fluent求解器选择

　　在Fluent软件中输入Gambit的网格模型后，根据实际情况对求解器作如下参数设定:

　　definesmodelsolver。设定采用非祸合方式。2D轴对称，非稳态;

　　definemodelswiscous。选择粘度模型为紊流;

　　definemodelsenergy。加入能量计算方程;

　　definematerizls。定义物质属性。选取油作为流动介质，其密度为850kg/m3，动力粘度为0.17Pa.s;

　　defineboundary conditions。定义边界条件:入口压力为0. 552 MPa，出口压力为0. 1014 MPa;

　　defineuser-definedfunctionscompiled。设定通过VC ++编程的阀芯运动方程;

　　definedynamic meshparameters。设置最大单元体积为:0. 12 mm³最小单元体积为:0. 00011mm³。

　　3计算方法

　　3. 1 ALE Arbitrary Lagrange Euler)方法的控制方程

　　ALE方法的控制方程为

　　式中:v为动区域控制体;ρ为流体的密度;为动区域控制体边界;t为时间;中为通用变量;u为流体的速度矢量;u_g为网格的移动速度矢量；为广义扩散系数;为梯度运算符号;A为面积矢量;S_Φ为Φ义源项。

　　看出该方程与经典的RAMS方程相比，没有太大的不同，只是多了u_g运动网格相。

　　该方程时间导数的一阶差分可以写成