阀口形状对纯水液压锥阀气穴流场的影响研究

　　纯水液压锥阀具有密封性好、动作可靠、结构简单、响应快、抗污染能力强等特点，日益得到广泛应用。由于纯水的汽化压力比矿物型液压油高很多，而随着温度的升高，汽化压力升高得很快，纯水极易汽化和沸腾，产生气穴。液压锥阀在工作时的流动通常属于湍流，对于不同的阀口形状，所产生的气穴效果也是不一样的。因此，研究阀口形状对纯水液压锥阀气穴流场的影响十分必要。计算流体动力学是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所作的分析。利用数值计算，优化运动、流动和结构，提高液压元件综合性能已成为流体传动及控制技术的发展方向[1 -3]。

　　作者根据纯水液压锥阀的结构特点，基于 GAM-BIT 建立了不同阀口形状的纯水液压锥阀模型，并在FLUENT 中进行求解计算，研究了不同的阀口形状对于纯水液压锥阀气穴流场的影响。研究结果对于纯水液压锥阀的气穴控制有一定的理论和实用价值。

　　1 几何模型

　　根据使 用情况，纯水液压锥阀可以分为外流式和内流式:

　　内流式的水流流动方向是从上阀腔流入、从下阀腔流出; 而外流式的水流流动方向则从下阀腔流入、从上阀腔流出。作者以外流式锥阀为分析对象，其结构简图如图1 所示。其中: GHIJK 为阀芯，进口AQ 直径为10 mm，出口EF 和LM 直径为5 mm，阀腔直径CO 为 40 mm，阀芯直径为20 mm，半锥角为30°。

　　2 计算流体动力学软件简介

　　2. 1 GAMBIT

　　GAMBIT 是专用前处理软件包，用来为计算流体动力学数值模拟生成网格模型，主要功能包括 3 个方面: 建立几何模型、划分网格和指定边界。GAMBIT本身提供了几何建模功能，只要模型不太复杂，一般都可以直接在 GAMBIT 中完成几何建模。在生成网格之后，可在 GAMBIT 中指定边界，为后续进行数值模拟输入边界条件[2 -3]。

　　2. 2 FLUENT

　　FLUENT 是在复杂几何区域内用于模拟和分析流体流动与热交换问题的专用计算流体动力学软件。其提供了灵活的网格特性，用户可方便地使用结构网格和非结构网格对各种复杂区域进行网格划分。对于二维问题，可生成三角形和四边形单元网格; 对于三维问题，提供的网格单元包括四面体、六面体、棱锥体及杂交网格等。此外，还允许用户根据求解规模、精度及效率等因素，对网格进行整体或局部的细化和粗化。对于具有较大梯度的流动区域，其提供的网格自适应特性可让用户在很高的精度下得到流场的解。

　　FLUENT 通过交互式菜单界面与用户进行交互，用户可通过多窗口方式随时观察计算的进程和计算结果。计算结果可以用等值线图、矢量图等多种方式显示、存储和打印。此外，FLUENT 还提供了用户编程接口，让用户定制或控制相关的计算和输入输出[2 -3]。