用ANSYS对水压锥阀流场的可视化研究

　　水压传动是直接以天然水作为工作介质的一种传动技术,具有污染小、不燃烧、系统简单、使用维护方便等独特优越性,是现在流体传动与控制领域国际学科的前沿研究方向,与液压油相比,水的粘度低、密度大、声速高、压缩性小,在同样的流道和工况下,流体表现出不同的过流特性。但是,由于目前我国CAD、CAT和CAM技术的应用处于初级阶段,产品设计还处于经验、静态设计阶段。FEA、模拟仿真技术和可靠性技术有待进一步推广等。因此,液压传动和控制技术的发展方向之一是:运用数值计算技术、FLUIDE软件或ANSYS软件的可视化分析来优化流道结构,从而减少能耗、降低噪声、提高性能、提高设计和试验水平等。

　　目前国内控制锥阀存在内部流道能量损失大、效率低、噪声大和寿命短等缺点。本文用ANSYS软件对之进行可视化分析(速度分布、压力分布,旋涡的产生与消失等),进而定性确定内部流道的流场与流体噪声、能量损失机理等的关系,从而确定影响水压锥阀性能的主要因素,为开发和设计高效、低能耗、低噪声、低腐蚀的水压锥阀奠定了理论基础,具有重要的工程意义。

　　1 ANSYS分析的模型及解析假定

　　锥阀在使用中根据流体流入流出方向不同,分为外流式(DivergedFlow)与内流式(ConvergedFlow)两种,外流式的水流方向是从左向右,而内流式的水流方向与此相反。本文分析的模型是外流式锥阀,如图1所示,以阀口为例进行研究。

　　1.1 ANSYS分析模型

　　流体在锥阀中的流动实际上是轴对称流动,考虑到流动的特性,用二维且流动区域的一半作为我们的研究对象。

　　本文建立了两种ANSYS的模型:一种为锥阀的常规的模型;另一种为改进后的模型。用ANSYS划分网格,在ANSYS软件中,在mesh tool工具栏中将1区域(图2)和3区域SizeElementedge length设定为0.2,然后用preprocessor-mesh tool-mapped对之进行网格划分;又因为1区域属于阀口节流面附近流速、压力变化比较大,形状不规则的区域,所以在mesh tool工具栏中将2区域Size Element edge length设定为0.1,同样再用preprocessor-mesh tool-SmartSize工具对2区域进行网格划分,特别给予细化。为了便于看清划分后网格形状,特将网格的尺寸放大10倍,划分结果如图3所示。

　　为了减小能量损失和降低流体噪声,将阀芯与阀座的结构改变成如图4所示的形状。

　　1.2 ANSYS分析模型的参数设定

　　在本文中,对阀的研究是静态的,且在用AN-SYS软件对水压锥阀进行研究中,要求对参数进行设定:

　　(1)选取水作为流动介质,其密度为998.2kg/m³,动力粘度为0.001Pa.so