液压滑阀内部温度特性的研究

　　0引言

　　圆柱形滑阀是液压传动与控制系统中十分重要的基础元件，常用的电磁换向阀以及伺服阀均由圆柱滑阀组成。然而，在中、高压系统中，由于油液流经滑阀阀口时的节流作用，使得油液温度升高，从而导致油液黏度下降，油液黏度的降低使通过滑阀间隙的泄漏量增大^[1];严重时还会使得阀芯受热膨胀，阀芯与阀套间的配合间隙减小，阀芯有可能被卡死在阀套里，从而导致系统不能正常工作^[2]。

　　通过理论分析，找出油液经过滑阀阀口节流发热的根本原因;利用数值传热学(NHT)软件对滑阀内部的流场和温度场进行数值模拟，并对计算结果进行分析，研究滑阀内部温度场的分布，为液压滑阀的设计或改进提供参考。

　　1液压滑阀的结构

　　一般的滑阀有多个阀腔，但由于各阀腔之间的相似性，因此用其中的一个阀腔作为研究对象以简化计算量。计算采用的液压滑阀结构如图1所示，由阀芯和阀套组成，图中x表示阀口开度大小，其余主要参数如表1所示。

　　2油液节流发热的理论分析

　　由于节流作用，油液流经滑阀阀口温度升高这一现象可用热力学的内能方程来进行描述，其微分方程形式为^[3]：

　　式中ρ———油液密度;

　　C———油液比热容;

　　T———油液温度;

　　λ———油液导热系数;

　　φ———黏性耗散项;

　　p———油液压力;

　　V———速度矢量;

　　S———内热源项。

　　设油液不可压缩(密度为常数)，比热容和导热系数均为常数，且无内热源，对于稳定状态下，温度场不随时间发生变化，则(1)式可化为：

　　式中u，ν，w———沿x,y,z方向的速度分量。

　　上式左端是内能的对流项，右端第一项是导热项，第二项是黏性耗散，可见油液流经滑阀阀口的温度升高源自热传导和黏性耗散。然而，在中、高压系统中，由于流经滑阀内的油液速度很快，温度的对流作用要比导热作用强烈的多，工程上可用贝克莱(Peclect)数P_e来衡量对流和导热作用的强弱，由于在中、高压系统中，油液的流速很快，图1模型内流体贝克莱数约为P_e=ρC_puL/λ=1.2×10⁵远大于1，因而在理论分析时可忽略导热项，至此，描述滑阀内油液温度场的内能方程可简化为：

　　式中φ 的张量形式为^[4]：