U+K节流槽滑阀的数值模拟

　　引 言

　　 节流槽式滑阀广泛应用于液压伺服阀、比例阀以及工程机械液压主控制阀。滑阀内的流场特性直接影响阀的性能，特别是不同形状的节流槽可以获得不同的流量控制 特性，对滑阀的工作性能有很大的影响。所以，获得各种节流槽的流场特性数据是高品质液压控制阀设计的关键环节。通过合理配置节流槽，对不同基本节流槽进行 组，可以获得丰富的多级阀口面积曲线，实施对流量的多级节流控制，以满足不同工况下液压执行机构起动或停止时的平稳性，以及工作区段根据工况需要分级或者 比例控制液压执行机构的运动速度。节流槽的形式有很多，参见文献[1～3]，主要分为等截面节流槽和渐扩型节流槽。本文主要研究组合式节流槽 U+K 的流场特性。

　　1 节流槽的过流面积计算

　　复杂节流槽阀芯过流面积的计算可以引入等效阀口面积[3]的概念。等效阀口面积是把复杂阀口流道中具有明显节流作用的地方等效为一个薄壁孔口，液压阀进出口压差集中于此。因此，节流槽过流面积可以认为是几个等效阀口面积的串联或者并联。

　　对于 U 型槽和 K 型槽，压差主要集中在如图 1所示的 A₁、A₂和 A_K的位置[4]，A₁、A₂和 A_K，同时也表示等效阀口面积。其中 U 型槽可以认为是由两个等效阀口面积串联而成，则U型槽总的阀口面积[3]：

　　式中，c_d1和 c_d2为等效阀口面积 A₁和 A₂的流量系数，c_d为节流槽总的流量系数。

　　取 c_d1=c_d2=c_d，则：

　　2 几何模型及网格划分

　　U+K 型节流槽滑阀的几何模型如图 2，单位为mm，阀芯凸肩上下对称分布有两个节流槽，节流槽开度为可变的。利用 SolidWorks 建立三维模型，导到 Gambit 进行网格划分，由于结构对称，本文只对一半流道进行分析，采用四面体网格进行划分，如图 3。划分好的网格导入到 Fluent 进行分析，流场仿真主要参数：油液密度860 kg/m³；运动粘度4 ×10^-5m²/s；压力入口，相对压力为 5 MPa；压力出口，相对压力为0，即一个大气压。

　　3 FLUENT 仿真结果

　　3.1 压力结果

　　图 4 所示为上节流槽口在对称面上的压力场云图。开口量 x=1.5 mm 时，压力变化主要集中在 A₁和A_K处，所以此时节流面积为 A₁和 A_K的串联；开口量 x=3 mm 时，压力变化主要集中在 A₁和 A_K处，所以此时节流面积为A₁和A_K的串联；x=4 mm时，压力变化主要集中在A₁、A₂和A_K处，所以此时节流面积为A₂和A_K的并联，然后和A₁串联。