关于滑阀与锥阀中稳态液动力方向的比较分析

　　引言

　　在液体动力学中液动力问题一直被液压界广泛关注。因为在液压元件的设计和稳动态仿真、分析的精确性等方面液动力的大小和方向往往起决定性作用,对液压阀尤甚。液动力有稳态液动力和瞬态液动力之分,在定常流动状态下,当液体流经阀口时,虽流速不变,但流入和流出控制体积液体的动量发生了变化,此系阀芯对控制体积液体的作用力所致,而液体作用在阀芯上的反作用力就是稳态液动力。本文是在定常流动的状态下对滑阀和锥阀所受稳态液动力的方向进行探讨。

　　1　由流体动量方程得出稳态液动力公式

　　根据刚体的动量定理,如果一块固定控制体积液流中作恒定流动的流体,则流体的动量方程为:

　　于是得到稳态液动力公式

　　式(2)中ΣF、v1和v2均为向量。在应用时可根据具体情况,将式(2)向指定的方向上投影,即列出在该指定方向上的动量方程,从而可求出外力在该方向上的分量。下面分别对滑阀和锥阀所受稳态液动力进行分析。

　　2　滑阀中稳态液动力的分析

　　如图1所示,滑阀阀芯在该位置时,油液从阀口流入,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即流体作用于阀芯右侧面力F右: F=F右。

　　流体作用于阀芯左侧力:F左=P1A

　　以液体1为研究对象,列力平衡式:

　　式中　q———进出控制体的流量

　　ρ———液体密度

　　φ1、φ2———进出油口速度与水平方向的夹角

　　β1、β2———进、出油的动量修正系数

　　V1、V2———流过截面A的流体进、出油的平均速度;

　　p1、p2———进油口压力和出油压力

　　故液体对阀芯作用力即稳态液动力ΣF=F左-F右

　　即　ΣF=ρq2V2cosθ　(设向左为正)

　　由此可见滑阀中的稳态液动力等于ΣF,方向向左,其方向始终是使阀口趋于关闭的方向。

　　3　锥阀中稳态液动力的分析

　　锥阀按其流体流动方向分内流式和外流式。流体从锥尖流向锥尾称外流式,由锥尾流向锥尖的称内流式。对于内外流式锥阀的稳态液动力方向通常认为与滑阀的一样,都是使阀口关闭的方向;但是作者对内流式锥阀的稳态液动力方向有不同看法。

　　图2为一针状锥阀,锥阀的锥角为2φ,入口处的流速为V1,压力为p1,锥阀出口处的流速为V2,压力为大气压(p2=0)。