基于Fluent的大通径滑阀压力流量特性研究

　　与提动阀相比，滑阀结构简单、开口可控，易于实现流量、压力控制，因而在各类液压控制阀中应用广泛，特别是在方向控制阀中应用最多，现有的比例、伺服阀均是采用滑阀结构。

　　滑阀式换向阀通径一般为6 ～32 mm，个别电液比例阀达到52 mm^[1]; 对于通径大于16 mm 的滑阀，常采用液动控制或电液联合控制。60mm 通径以上的滑阀式换向阀，市场上极其少见，相关的研究报道也很少，但一些重大装备有应用急需。

　　作者基于Fluent 仿真软件，对拟研制的大通径滑阀式换向阀的阀口压力-流量特性进行研究，探讨阀口开度、阀口压差及流量之间的关系，为进一步研发额定流量为1 500 L/min 的大通径滑阀式换向阀奠定一定的技术基础。

　　1 仿真模型

　　针对大通径三位四通O 型机能换向阀，结构参数设计取值见表1，其结构可简化如图1 所示。

　　1. 1 数学模型

　　假设介质为不可压缩牛顿流体，阀口液流流速较大，雷诺数远大于阀口临界雷诺数，液流为紊流流动，采用三维不可压缩雷诺平均N-S 方程作为控制方程，计算模型用标准k-ε 模型，控制方程如下^{[2 -4]}:

　　连续性方程:

　　动量方程:

　　紊动能方程( k 方程) :

　　紊动能耗散率方程( ε 方程) :

　　式中: u_i( i = 1，2，3) 为沿x_i方向的雷诺平均速度分量，ν 为流体的运动黏度，P_k为紊动能产生率，ν_t为湍流黏性系数，。所涉及的常数取值为:C_ε1= 1. 44， C_ε2= 1. 92， C_μ= 0. 09， σ_k= 1. 0，σ_ε= 1. 3。

　　1. 2 有限元模型

　　因阀腔是对称的，可取阀腔的一半建模。使用Pro /E 建立流场三维模型，导入Gambit 划分网格生成流场有限元模型，网格采用四面体单元生成。划分后，整个网格模型包括约9 × 10⁵个四面体单元。这些四面体单元体积大小不一，体积最大的为1. 77 ×10^-9m³，体积最小的为4. 57 ×10^-12m³。其中壁面的速度梯度和阀口附近区域的速度梯度及静态压力梯度比较大。因此，运用Gambit 的局部细化功能对初始网格进行了细化处理，壁面及阀口附近的初始网格划分比较细致，以期获得更好的求解精度^[5]，如图2 所示。

　　介质用抗燃聚酯液压油N68，其运动黏度68mm²/ s，密度920 kg / m³。计算边界条件为压力入口( pressure-inlet) 和压力出口( pressure-outlet) ，其中出口给一定值背压0. 5 MPa，进口压力从0. 6 MPa 增大到1. 5 MPa，增幅为0. 1 MPa。