基于Fluent的液压滑阀阀芯卡紧力研究

　　液压滑阀的阀芯卡紧力对阀的性能有重要影响，引起了国内外学者的关注。当滑阀阀芯与阀套不同心或者凸肩在阀套中存在歪斜时，都会使油液沿径向分布不均，产生卡紧力[1]。为了减小卡紧力，人们采取在阀芯上开设均压槽等措施，并取得了一定的成效[2]。

　　1 仿真模型及条件设定

　　1. 1 仿真模型

　　阀芯未开均压槽、开3 条矩形槽、开5 条矩形槽、开5 条三角形槽4 种仿真模型如图1所示。

　　均压槽沿阀芯轴向 ( x 向) 均布，如图2( a) 所示，其形状、尺寸如图2( b) 所示。阀芯与阀套间距设为0. 015 mm，均压槽深0. 4 mm，宽0. 4 mm。模型的具体参数为: 长度l 为5 mm，阀芯的半径R₁为5 mm，阀套的半径R₂为5. 015 mm，阀芯歪斜角度α为0. 03°，如图3 所示。

　　1. 2 网格划分

　　由于对称性，在划分网格时只需对半个模型进行划分。考虑到阀芯与阀套的间隙 ( 油膜厚度) 与均压槽尺寸差异巨大，因而采用分块网格划分的方式[3]。

　　油膜厚度尺寸较小 ( 0. 015 mm) ，但却是分析的重点，因此在油膜厚度方向上分4 段，x 向尺寸相对较大，分成100 等份，在这个面上生成面网，在半段圆弧方向上分成200 等份。薄壁缝隙的总网格为8 万个六面体网格( 4 ×100×200 =80 000) 。

　　对均压槽进行网格划分时，需要将均压槽从模型中分离出来。用和划薄壁相同的方法来划分均压槽的体网格，只是在网格密度上要小一些，如图4 所示。

　　1. 3 边界条件设置及假设

　　由于流体在阀芯与阀套的缝隙间流动，其接触边界均设为静止壁面，即选择Wall，入口的边界条件采用 Pressure-inlet = 10 MPa，出口的边界条件采用Pressure-outlet = 2 MPa，压差为8 MPa，设置流体密度ρ = 870 kg / m³; 动力黏度为μ =0. 022 5 Pa·s; 传导系数k =0. 026 38 W/( m·K) ; 比热为C = 1 006 J/( kg·K) ，如图5 所示。

　　为了便于仿真，作者还做了一些假设: 假设阀芯与阀套都是完全精确的圆柱体，而且径向间隙中不存在任何杂质，径向间隙处处相等; 忽略流体重力与阀腔内部立体传热的影响; 流体为不可压缩的牛顿流体且其流动为单相层流。

　　2 歪斜时的阀芯卡紧力分析

　　在阀芯与阀套同心且没有发生歪斜的情况下，不管是否在阀芯上开均压槽，理论上都不会产生卡紧力，所以文中只研究正圆柱阀芯歪斜的情况下，不同形状、数量的均压槽对卡紧力的影响。