转盘式能量回收装置中滑阀的间隙液膜力学特性及结构优化

转盘式能量回收装置(RERD)采用转盘旋转与滑阀协调响应的工作模式实现反渗透海水淡化中浓盐水压力能的连续回收.其中滑阀控制流体流动的方向和流量,它主要的性能要求是切换过程的可靠性.但滑阀中阀杆在偏心和倾斜时与阀套形成的配合间隙不均匀变化会产生不平衡液压力,进而产生液压卡紧并影响滑阀切换的响应性能.针对这一问题,构建了阀杆与阀套的间隙液膜仿真模型,采用CFD方法模拟探究了间隙液膜的力学特性,并引入均压槽和通腔浅槽改善液压卡紧现象.结果表明:阀杆偏心时,间隙液膜形成的每个压力差区段的最大压力差位于高压液体侧,其形成的液压力使阀杆有自动对中的倾向;阀杆倾斜时,间隙液膜中压力差区段的最大压力差在各区段的中间位置,其液压力产生的倾覆力矩会加剧阀杆的倾斜.滑阀间隙液膜的液压力和倾覆力矩随高压流体压力、偏斜率的增大而增大.在阀杆上引入均压槽和通腔浅槽能减小间隙不均匀引起的压力差和液压力的范围,在操作压力6.0 MPa、配合间隙0.015 mm和倾斜率1/3的条件下,滑阀所受液压力和倾覆力矩分别较原结构降低73.4%和70.8%以上.上述结果对装置中滑阀结构优化和提高滑阀响应可靠性具有指导作用.     

高压大流量安全阀卸荷过程模型构建及仿真分析

为建立大流量安全阀在卸荷过程中的准确物理模型,对现有最大流量为1 000 L/min的矿用液压支架安全阀进行结构分析.建立了大流量安全阀内部流道的三维几何模型,采用ANSYS Workbench软件以定压差为条件,研究安全阀阀芯从0到最大开度时的阀芯内部流场及压力分布规律.仿真结果表明,在卸荷过程中,从阀体入口到阀芯顶端所受液压力由于压力损失,最大降低了约3 MPa.因此,将阀芯前端部分简化成一个固定节流口,并以此为基础,提出了符合实际工况的安全阀物理模型,针对此物理模型建立了其动态数学模型,并对其进行仿真分析,仿真结果与实际测试结果基本一致.这为研发大于1 000 L/min的大流量安全阀提供了理论参考.     

开中位多路阀稳态液动力的控制方法

为解决装载机在实际工作中开中位多路阀复位时的卡滞问题,通过AMESim与Fluent软件联合仿真,搭建了多路阀铲斗联液压系统,得出了滑阀复位过程中,中位卸荷口P-T的流量曲线;将流量曲线离散化并作为Fluent仿真的入口边界条件,分析了滑阀P-T口的流场特性和稳态液动力的变化.结果表明:引起滑阀复位卡滞的原因是滑阀液动力在阀口开度2.5 mm时大于复位弹簧力.针对这种情况,在阀杆上设置挡流凸台结构,并对凸台参数进行优化,在不影响滑阀压力流量特性的同时将射流引导至阀体壁面,使滑阀液动力降低了61.6%.     

V形节流槽滑阀结构仿真分析

通过SolidWorks软件对V形节流槽液压滑阀结构进行三维建模,采用Fluent仿真软件探究节流槽的深度和夹角以及V形槽与阀体对称面的偏转角对作用在阀芯上的稳态液动力以及阀口流量特性的影响。结果表明:V形槽的深度越小,阀芯受到的稳态液动力越小但波动越大,适当增加V形槽深度有利于减小阀芯的震动,V形槽加工刀具的旋转半径为6.5 mm时液动力特性最好;V形槽的夹角大小在一定程度上影响了阀口开启前期的流动特性,当V形槽夹角为70°时稳态液动力变化最平缓;阀芯偏转对稳态液动力影响较小,偏转角度在45°附近时阀芯受到的稳态液动力有所减小。     

基于虚拟双目视觉的锥阀振动测试

液压阀阀芯附近介质流量变化导致的阀芯振动对锥阀的稳定性和使用寿命有重要影响。为了探究锥阀的三维振动特性,文中提出了一种基于虚拟双目视觉的可视化实验方法,并获得了阀芯振动的图像序列。通过对阀芯轮廓拟合得出了阀芯几何顶点的空间坐标值,提高了阀芯位置的测量精度。通过分析不同出入口压力、弹簧刚度等条件下的阀芯振动特性,发现阀芯振动的空间范围和冲击程度与液压系统运行状况和阀芯结构密切相关。入口压力从3.2 MPa增大至4.4 MPa时,阀芯振动逐渐加剧,离散度增大;预压缩量从14 mm增大至17 mm时,阀芯振动趋于平稳,离散度减小;此外,随着弹簧刚度和阀芯半锥角的增大,阀芯振动的离散度也呈现出先减小后增大的趋势,且其最小值分别在弹簧刚度为2N/mm和阀芯半锥角为30°时出现。在阀芯振动的沿轴向、正面和侧面3个方向的投影中,侧面径向振动的波形因子大于正面径向的波形因子,而轴向振动的波形因子最小。波形因子的变化趋势与离散度的变化趋势一致,阀芯振动的离散度和波形因子呈正相关关系,且在阀芯半锥角为30°、弹簧刚度为2N/mm时的波形因子最小。文中研究结果可以为锥阀结构的液压阀的结构设计提供理论支撑,从...     

直动式海水液压溢流阀的设计与仿真

针对海水液压介质的特点,对直动式海水液压溢流阀的关键技术问题进行了分析,设计了一种直动式水压溢流阀.该阀的额定压力为14 MPa,额定流量为25 L/min.通过采用平板式阀口、增设阻尼器、阻尼杆与阀芯接触处设置球面结构,在阀芯柱面上开直槽以及合适的选材等方面提出了解决气蚀、振动和调压精度等问题的措施,建立了该阀的数学模型,在仿真分析的基础上,得到阀的主要结构参数即介质、运动质量、阻尼以及管路容积对阀动态响应特性的影响.仿真结果表明该阀具有较好的动静态性能.     

伺服阀滑阀阀口系数影响因素分析

分析电液伺服系统中液压缸活塞位移、液压刚度、阀口开度、外负载刚度及阀芯与阀套间径向间隙对伺服阀阀口系数的影响。采用工作点线性化的处理方法,通过引入液压缸负载力方程,给出零开口电液伺服阀滑阀流量-压力系数和流量增益的计算公式,并对其影响因素进行分析。结果表明,在液压缸全行程中,流量-压力系数会随着液压缸活塞位移、外负载刚度及阀口开度的增加而增大,其中流量-压力系数随液压缸活塞位移的增大呈抛物线增长,其最大值约为最小值的2倍;流量增益随着液压缸活塞位移、外负载刚度的增大而减小,其中流量增益随液压缸活塞位移的增大而近似呈线性规律减小,其最小值约为最大值的1/2;阀芯与阀套间径向间隙对阀口系数随液压缸活塞位移变化率的影响不大;阀口系数在液压刚度取最小值附近时存在突变;同一液压刚度值可对应2个不同的液压缸活塞位移,分别对应的阀口系数值相差非常大。     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

带有K形节流槽的液压支架换向阀改进设计

针对煤矿综采工作面现有液压支架换向阀阀口过流面积梯度大、仅能够实现开关型控制功能的现状,以及由此造成的支架供液系统内液压冲击剧烈问题,提出在阀芯径向过流孔凸肩位置增设K型节流槽的换向阀改进设计方案。得出了K型节流槽等效阀口过流面积计算方法,采用AMESim软件搭建了换向阀液压仿真模型;并对现有开关型换向阀和改进换向阀进行了对比研究。结果表明:带有K型节流槽的换向阀改进方案可实现阀芯开启过程中的阀口过流面积分段线性增大规律,在阀芯开度小于5. 5 mm时,阀口过流面积梯度较小;在阀芯开度大于5. 5 mm后,该梯度数值增大至与现有换向阀相当;阀口通流流量和阀口压力可相应实现分段增大规律。改进设计思路对于面向支架不同工艺动作的换向阀结构优化具有借鉴意义。     

带有K型节流槽的液压支架换向阀改进设计

针对煤矿综采工作面现有液压支架换向阀阀口过流面积梯度大、仅能够实现开关型控制功能的现状,以及由此造成的支架供液系统内液压冲击剧烈问题,提出在阀芯径向过流孔凸肩位置增设K型节流槽的换向阀改进设计方案。得出了K型节流槽等效阀口过流面积计算方法,采用AMESim软件搭建了换向阀液压仿真模型;并对现有开关型换向阀和改进换向阀进行了对比研究。结果表明:带有K型节流槽的换向阀改进方案可实现阀芯开启过程中的阀口过流面积分段线性增大规律,在阀芯开度小于5. 5 mm时,阀口过流面积梯度较小;在阀芯开度大于5. 5 mm后,该梯度数值增大至与现有换向阀相当;阀口通流流量和阀口压力可相应实现分段增大规律。改进设计思路对于面向支架不同工艺动作的换向阀结构优化具有借鉴意义。     

开闭口静压管桩贯入过程桩土界面土压力试验

为更好地研究静压管桩贯入过程桩土界面土压力,采用安装在桩身表面的不同位置处的微型硅压阻式土压力传感器对沉桩过程中桩土界面土压力进行了监测,研究了黏性土体中开闭口静压桩径向土压力以及不同位置处桩土界面土压力与桩侧上覆土重比值(Δσ/σx)的变化规律.研究结果表明:沉桩过程中开口桩M1和闭口桩M2的桩土界面土压力变化规律基本相同,均是随着沉桩深度的增加近似呈线性增长的趋势,沉桩结束时离桩端不同距离的传感器测得的土压力最大值介于4.54~20.03 kPa.同一深度处的径向土压力均呈递减趋势,出现“侧压力退化”现象,退化幅度介于15.2%~71.4%.Δσ/σx沿桩身向下逐渐增大,试桩M1,M2的最大值分别为1.28,1.31.研究结果对实际工程中大直径海洋钢管桩径向土压力的确定具有重要的借鉴意义.     

自适应迷宫密封仿真及实验研究

为了解决传统迷官密封在恶劣工况环境下存在的碰磨问题,提出了一种自适应迷官密封结构.通过仿真分析发现,浮起力的产生主要是由于密封径向间隙压力分布不均匀.对于气体密封,由压差引起的流体静力效应是本研究所用条件的主导因素,而不是流体动力效应.该模型还分析了偏心率、槽宽及入口段节流长度对自适应迷宫密封浮起力和泄漏率的影响.实验...     

基于多相压力波响应图版识别超深井气侵位置

考虑相界面雷诺应力、拖拽力、虚拟质量力、气液物性差异等参数,创建井筒多相压力波速及压力响应数学模型,基于超深井环空多相压力波响应图版唯一性,提出压力波响应图版识别超深井气侵位置的新方法;考虑井口气体溢流量、回压、钻井液密度等边界参数,结合差分数学方法对其求解,该方法在超深井YS1井(8 680 m)验证,压力响应误差小于等于1.703 s,计算与实测误差小于等于6.15%。结果表明：随回压增大,井筒流体可压缩性减小,井筒压力波速增大,压力响应时间减小;随井口气体溢流量增大,环空空隙率增大,压力波速减小,井筒压力响应时间延长,井口气体溢流量从0.83 L/min变化至38.33 L/min,井底8 680 m处压力响应时间从10.127 s增至36.643 s,增大了261.83%;气侵位置识别结果不仅取决于井口压力及流量传感器准确度,也与压力波响应图版计算准确性有关;实践证明借助压力波响应图版识别超深井气侵溢流位置的方法可行。     

燃料电池气体循环泵多叶转子腔内部气动性能数值研究

为了研究转子间隙、转子叶数与凸轮式气体循环泵气动特性曲线之间的定量关系,并获得不同叶数转子径向激励力的分布规律,基于对称性原理,采用数学分析法和坐标变换法推导了3～6叶的圆弧渐开线圆弧型转子型线方程,并分别选择5种不同的转子间隙加以研究。基于动网格技术和RNGk-ε湍流模型,对不同间隙、不同叶数的转子进行三维非定常数值分析,揭示转子间隙、叶数对气体循环泵流量/压力特性、激励力的影响规律,并通过实验进行了验证。研究表明:随着转子间隙由0.1mm增大到0.3mm,不同叶数的转子出口平均流量、容积效率均呈下降趋势,且3叶转子的下降幅度最大,分别下降了0.009 4kg·s~(-1)、28.6%;3叶、4叶转子在0.15mm间隙时流量脉动强度相对最低,5叶、6叶转子在0.25mm间隙时流量脉动强度相对最低;泵出口平均流量、出口平均总压均与转子叶数呈反比关系,随着叶数的增加,转子腔内压力分布得到改善,内部增压过程更为稳定;随着叶数增多,转子径向激励力的x轴分量Fx的脉动幅值和脉动强度显著降低,但叶数对转子径向激励力的y轴分量Fy的影响不显著。     

氧枪喷头内部流场的仿真研究

利用流体分析软件CFD对氧枪喷头内部流动状况进行了模拟计算,对喷头结构变化对喷头内部流场分布的影响和喷管内的壅塞现象进行了研究分析,为设计氧枪喷头和操作、使用氧枪提供参考依据。研究结果表明:喷管收缩段、扩张段、出口直径尺寸确定时,改变入口直径仅对收缩段内流场有影响,而对喉口和扩张段内流场无显著影响;喉口部位达到超音速时,仅增加入口滞止温度则出口质量流量减小,此时,发生热壅塞现象;若增加入口滞止压力则出口质量流量增大,因此工业生产中应适当提高入口滞止压力,来避免壅塞现象的发生。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

出流比及旋转数对回转通道流动换热的影响

为深入了解涡轮动叶内通道在旋转状态下的换热分布以及出口流量变化对通道壁面换热的影响,采用数值模拟方法研究了旋转带肋回转通道的流动特性,揭示了旋转数、出口流量分配比例对内通道换热的影响机理。计算模型包含3个通道和2个转弯段,通道进口雷诺数为17 000,旋转数为0~0.09,3种工况下出口1、2、3与入口的质量流量比分别为27%、49%、24%(三个出口均有出流),27%、0%、73%(出口2不出流),27%、73%、0%(出口3不出流)。结果表明:静止内通道的出流比变化仅对第3通道的沿程压力系数Cp和前、后缘面努赛尔数Nu分布有影响;旋转内通道的出流比变化会影响Cp的大小,旋转哥氏力使通道前、后缘面的Nu分布不同;离心力使径向出流通道的Cp随旋转数的增加而缓慢增大,径向入流通道的Cp随旋转数增大而迅速减小;肋扰流涡使沿程展向平均Nu沿流向呈多波峰状分布;转弯回流涡使得转弯下游通道的Nu不对称分布。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

无轴承外转子异步电动机的设计及有限元分析

为了提高飞轮储能系统运行的精度和可靠性,减小转矩脉动及悬浮脉动对系统运行的影响,对无轴承外转子异步电动机径向悬浮力及转矩与电动机结构参数的关系进行了分析,提出了减小转矩脉及悬浮脉动的一般方法.介绍了无轴承异步电动机工作原理,基于此推导了电动机数学模型.结合传统异步电动机设计方法,设计了一台功率为0.5 k W,转矩绕组极对数Pt=2,径向悬浮力绕组极对数Ps=1的无轴承外转子异步电动机.基于有限元软件计算了无轴承外转子异步电动机的磁场分布,确定径向悬浮力、转矩和悬浮绕组电流之间的关系,并得到电动机气隙长度和磁场饱和对径向悬浮力的影响规律,而且考虑了不同槽配比和定子极弧系数对悬浮力及转矩的影响.结果表明,当电动机转矩绕组电流和悬浮绕组电流分别为额定电流2.5 A和2.0 A时,转矩为1 N·m,转子径向悬浮力为105 N,能够实现转子的稳定悬浮.     

基于气固耦合的排料装置内物料运动特性数值模拟

为探究9FH-40型揉丝机在不同工作转速下排料装置内气流与物料作用规律,采用气固耦合法(CFD-DEM)在额定转速内对不同转速的气流与物料作用过程进行了数值模拟研究.结果表明,风扇转动区域湍流强度最高,物料进入该区域后被加速,速度可达10m/s.随着风扇转速的提高,风扇转动区域气流速度及物料所受耦合力不断增加,同时波动性加强.风扇径向边缘气流速度可达40m/s.物料入口区域耦合力受风扇转速影响较小,基本维持在2.5×10~(-4)N.物料出口区域耦合力大小的波动性则受风扇转速影响较大,不同转速下该区域耦合力大小分布在同一范围.针对分析结果,对排料装置结构改进提出了意见.