基于Fluent的复杂通道比例阀的数值模拟研究

　　电液比例阀与传统叶片减振器并连构成可控叶片减振器,通过调节比例阀的开口来改变整个减振器的流量,起到调节阻尼的作用,从而达到使悬挂系统阻尼比适应车辆行驶状态变化的目的。减振器最大阻尼力由适当减小常通孔直径并使控制阀全关来实现,减振器最小阻尼力由控制阀全开来实现。因此,比例阀最大流量的大小决定了减振器阻尼力的可调范围,因此,分析比例阀内部流场的压力损失,研究在给定压差下比例阀的流量特性具有重要的意义。但由于电液比例阀结构复杂,如图1所示,若对其进行局部阻力分析及沿程阻力分析存在较大的困难。

　　随着计算机仿真技术在各个领域中的应用,针对流体仿真分析的软件也日渐成熟,比如目前, CFD(ComputationalFluid Dynamics)即计算流体力学技术的应用非常广泛。其中Fluent软件是目前国际上较流行的商用CFD软件包,它集三维实体造型、数值模拟计算、计算结果图形化等功能于一身,可以对复杂几何外形建立准确的三维实体模型,并对其进行数值模拟计算,得到可视化的图形结果。本文作者应用Fluent6·2对具有复杂通道的电液比例阀进行数值模拟,分析其压力损失,并比较比例阀的最大模拟流量值与实验值。

　　1　数学模型

　　对不可压缩、三维稳态湍流流动的雷诺控制方程:

　　式中:ρ为流体的密度; (-ρv′iv′j)为雷诺应力; vi、fi、p为时均(速度、质量力、压强)值; v′i、v′j为脉动速度值。

　　不可压缩流体的连续性方程:

　　式中:K为湍流脉动动能;ε为脉动动能耗散率;μ为流体的动力粘度; t为时间变量; GK为单位体积湍流脉动动能产生量;μt为湍流粘度系数

　　2　流体3D模型

　　(1)在Gambit提供的可视化界面中,利用Gambit中的Geometry模块,建立3D实体模型,如图2所示,并进行TGrid网格划分。定义压力入口(PRES-SURE-INLET)、压力出口( PRESSURE-OUT-LET),导出Mesh文件。

　　(2)由Fluent导入Mesh文件,并设置求解器,流体模型为三维定常不可压粘性流动。湍流模型采用工程中常用的标准k-ε方程。控制方程为动量方程(时均雷诺方程)、连续性方程、湍流动能方程与湍流耗散率方程联立。采用非耦合算法进行求解,一阶迎风格式。

　　(3)设置流体属性和边界条件,给定一组压差0·4MPa, 0·6MPa, 0·8MPa, 1MPa, 2MPa, 3MPa,4MPa, 5MPa, 6MPa, 7MPa初始化流场进行数值模拟计算。

　　3　计算结果及分析

　　根据计算结果,以给定的7MPa压差为例,得到流体各处的总压力如图3所示,其xy曲线图如图4所示

　　由伯努力方程可知,P阻力损失=P入口总压-P出口总压= 5·5MPa,且在出流节流口处的压降最大,如图4所示。