基于FLUENT的特殊阀腔的纯水液压滑阀流道的建模与仿真

　　纯水作为液压传动介质有价格低廉、环境友好、阻燃性好等优点[1—3]。因此纯水液压传动成为液压技术发展的新方向之一。圆柱滑阀是滑阀结构中应用最为广泛的一种结构,它通过圆柱型阀芯在在阀孔内的滑动来改变液流的通路—滑阀开口的大小,从而控制液压系统中液流的压力和流量的大小,改变液流的方向。在工作中除了保证稳态情况下有足够的控制精度外,还要保证有足够的动态品质。影响滑阀动态品质的有以下两类因素: (1)第一类因素是滑阀运动需要克服的阻力包括:阀芯质量的惯性力;阀芯与阀套之间的麽擦力,阀芯所受的液动力,弹性力和任意负载力。滑阀的液动力在滑阀所受各类力中占有很大的比重。而稳态液动力是液动力的主要方面。(2)第二类因素是滑阀口液流特性对滑阀性能的影响,就是对阀口流场中的速度、压力、气体的体积比等物理量的分布,与此同时对流速、系统压力、滑阀口开度等因素的研究,得出对阀口流动特性的影响,分析有没有漩涡,有没有气穴,以及优化结构、合理的布置漩涡和消除气穴。

　　建立纯水液压滑阀的数学模型,并发现和克服设计中的问题,对现有结构进行改进,提高滑阀的动态性能。使用CFD软件FLUENT的动态特性分析,通过数学建模和计算机的仿真技术;在设计阶段能够准确预测出设计对象所有静动态特性等技术指标,并及时发现问题和提出改进方案,对设计或改进阀具有重要的参考意义。

　　1　数学模型的建立

　　如图1所示,为滑阀结构简图,滑阀阀芯在该位置时,介质从阀口流入,从管道流出。选择阀腔进出口过流断面及阀腔内壁面为控制面的控制体,以液体1为研究对象,则作用在液体1左侧的作用力F即流体作用于阀芯的右侧面F右:F=F右。

　　流体作用于阀芯左侧力:F左=P1A。列平衡式:

　　p1A-F -ρq (β2V2cosθ2-β1V1cosθ1)=0(1)

式(1)中:q—进出口的流量;

　　ρ—液体的密度;

　　θ₁、θ₂—进出口速度与水平方向的夹角;

　　β₁、β₂—进出口的动量修正系数;

　　V₁、V₂—流过截面A的流体的进出口介质的均速度;

　　P₁、P₂—进油口和出油口压力。

对式(1)中得当V1≤V2则:

　　F =F_右=P₁A-ρq (β₂V₂cosβ₁V₁cosθ₁)。

故液体对阀芯作用力即稳态液动力∑F =F左-F右即∑F = (ρq(β2V2cosθ2-β1V1cosθ1)。

　　设向左为正,由此发现滑阀中的稳态液动力等于∑F,方向向左,其方向始终是阀口趋于关闭的方向。