滑移网格法在滑阀三维瞬态流场解析的适用性分析

在滑阀换向过程的三维有限元解析中,由于流固耦合造成其网格大变形,出现三维瞬态流场解析发散的问题.提出了面向滑阀三维瞬态流场解析的滑移网格法,即通过在静止网格与动态网格间用平行滑移网格连接构建三维解析模型,以避免瞬态流场解析中动态网格反复重构所造成的计算发散问题,实现滑阀换向过程的三维瞬态流场解析.研究以某液压挖掘机多路阀回转联为对象,以液压元件动态特性试验台试验结果为基准,对比平稳工况条件下的解析值与实验结果,验证了滑移网格法在滑阀三维瞬态流场解析中的适用性,为建立挖掘机动态载荷与其阀芯结构形态间的动力学映射关系提供了工程化表达路径.     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

斜进口流道滑阀稳态液动力的仿真与分析

采用斜进口流道,即进口流道轴线与阀芯轴线不垂直,对进口处的液流进行导流以提高进口处液流沿阀芯轴向方向的动量,从而达到减小滑阀液动力的目的.同时采用Fluent对进口流道轴线与阀芯轴线夹角不同的滑阀内部流场进行三维仿真分析,得到夹角不同的滑阀液动力变化特征和流量系数变化特征.对仿真结果进行分析,确定最优夹角为60°.     

面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计

为了解决由黏性发热引起的液压滑阀卡滞问题,综合液压滑阀结构的流固热耦合解析与多学科优化基础,提出面向液压滑阀卡滞问题的健壮性设计方法.即采取顺序耦合分析方式,在液压滑阀结构流固热耦合下,通过流体有限元获得阀芯变形引起液压滑阀卡滞的敏感因子,且以响应面函数模型表达阀芯变形与敏感因子之间的函数关系;对于外界随机变化因子,应用6σ法则优化可设计因子来减小随机因子对性能的影响,并以蒙特卡罗随机分析方法验证设计后阀芯变形对外界因子随机变化的健壮性.解析实例表明,阀芯结构、滑阀开度、负载流量和介质温度是引起液压滑阀卡滞的敏感性因素,健壮性设计方法在滑阀卡滞多因子复杂设计问题中明显优于传统设计方法.     

不同锥角的直动式溢流阀稳态液动力分析

为了降低稳态液动力对比例溢流阀性能的影响,分析了阀座带锥角和阀芯带锥角两种比例溢流阀的基本结构方案,利用PRO/E建立两种结构下不同锥角的流道模型.通过计算流体动力学(CFD)流场仿真软件对不同阀座与阀芯锥角的锥阀口流场进行数值模拟,分析不同锥角阀口的压力流场分布.对不同结构、不同锥角情况下的稳态液动力进行分析,结果表明:阀座带锥角比阀芯带锥角的结构稳态液动力减小了35%~60%;当阀座半锥角为32.5°,阀芯半锥角为30°时,稳态液动力最小.     

基础振动下电磁换向阀设计方法

针对工程机械工作过程中产生的强振动引起电磁换向阀阀芯瞬态液动力和电磁力变化,进而影响电磁换向阀压力-流量特性和换向时间的问题,建立基础振动下电磁换向阀的动力学仿真模型,并通过实验验证模型的正确性。运用多目标遗传算法对振动环境下电磁换向阀的主要结构参数进行优化设计。研究结果表明:阀的最佳设计参数是阀芯质量为0.005 kg,阻尼系数为22.03 N·s/m,弹簧刚度为2 384.8 N·m;优化后,基础振动下电磁换向阀流量波动失效区域降低80%,流量降低区域全部消失,换向时间延长区域降低62%。该研究可为基础振动下电磁换向阀的选型和设计提供依据。     

液压伺服阀阀芯的动态特性分析与多目标优化

为了提高液压伺服阀的动态响应特性,对液压伺服阀的阀芯结构进行了多目标优化研究,建立了阀芯结构参数与作用力之间的数学模型。以阀芯动态响应的超调量、振荡次数和上升时间作为优化目标,以阀芯的优化结构参数作为设计变量,数学地描述了阀芯动态特性多目标优化问题。分别采用NSGA-Ⅱ、SPEA2两种多目标进化算法与Simulink相结合对阀芯进行优化,评估了两种多目标进化算法的表现,得到了阀芯的最优设计参数。采用CFD、Simulink仿真验证了优化效果,结果表明：对应液压伺服阀入口压力工况为7、14、21 MPa时,作用在优化后阀芯上的稳态液动力相比优化前下降了37.10%、34.39%、30.53%;优化后的上升时间平均降低了3.77 ms,平均改善了61.74%;优化后的超调量平均改善了9.41%。     

柱塞泵配流结构与流动特性的动态响应关系

以典型的斜盘式轴向柱塞泵为对象,为了降低柱塞泵工作过程中的压力冲击与倒灌回流,利用计算流体动力学方法,对柱塞泵吸排油过程进行动态模拟,可视化地解析了配流盘三角槽结构对冲击与回流特性的影响.针对配流盘局部结构建立参数化模型,借助于计算流体动力学的解析、试验设计、近似模型技术,对柱塞泵动态解析过程进行一体化集成;以2阶响应面函数的形式,表达动态过程中柱塞腔内压力、回流峰值与配流盘三角槽跨度、深度的响应面模型;最后,对三角槽结构参数进行优化设计,为斜盘式轴向柱塞泵降噪型配流盘的设计,提供再设计的理论依据.     

U型电磁换向球阀稳定条件的确定

根据U型换向球阀阀腔内液流的流动情况,对其阀腔进行了合理的简化,提出了计算U型换向球阀阀芯轴向瞬态液动力的简化模型,在此基础上推倒出了U型球阀稳定性方程式.利用Routh-Hurwitz稳定性判据,推导出U型换向球阀稳定性条件的关系式,并对其进行了讨论.得出在忽略粘性阻力,弹簧刚度一定的情况下,提高球阀的流量增益,减小压力系数,可增强球阀稳定性的结论,对球阀设计有指导意义.     

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。     

液压阀阀体内流场的数值分析与可视化

液压滑阀是液压控制系统中控制液压油流动方向和流量的重要元件,阀体内流场特性直接影响阀的工作性能．按照实际使用中的参数,建立了滑阀的三维几何模型,利用CFD软件对其阀体内液体的流动状态进行了仿真分析,其结果对阀体结构的设计和性能优化都有重要的实际意义．     

钻井液连续波信号发生器转阀水力转矩分析

转子运动过程中在转子背面产生的回流以及随转子的转动而不断变化的入口速度角导致了转阀的水力转矩变化较大,影响了转阀的动态性能.利用动量矩定理建立转阀水力转矩的理论模型,然后利用CFD方法,针对所设计的实验样机进行三维流场仿真,对转阀水力转矩的几种影响因素进行仿真分析.研究结果表明:在转阀关闭的起始阶段,水力转矩使转阀趋于打开,其余阶段,水力转矩使转阀趋于关闭;采用曲线阀VI可以使水力转矩变化平缓;适当增大定转子轴向间隙、增加转阀阀瓣个数、减小转子阀瓣厚度可以减小水力转矩,改善电机的控制性能.     

Structural Optimization of Damping Groove Based on Valve Plate Dynamic Cavitation Response Model

To reduce cavitation occurring on valve plate of piston pump,an optimization design method was introduced to quantitively analyze the accurate relationship between structural jet groove parameters and cavitation. Using the computational fluid dynamics（ CFD） method,the absorbing and discharging processes in piston pump were simulated dynamically. The damping groove＇s structure effects on both jet angle and pressure shock were analyzed visually with a series of different parametrical grooves. By establishing parametrical damping groove model,the piston pumps＇ dynamic analysis was integrated with CFD analysis,experimental design and approximation model, etc. The mathematical model of plunger pressure during oil back period,jet angle and structural parameters of damping groove were established in the form of second-order response surface method（ RSM） model. The damping groove structure of valve plate was optimized on the basis of the RSM model. Test data shows that the anti-cavitation performance of optimized valve plate was obviously improved. And this method provides theoretical foundation for the structure design of damping groove.     

可变进气涡流系统气道入口流速的PIV测量

为了研究双进气道柴油机缸内涡流的调节原理及性能,在稳流气道试验台上测试了一种带涡流调节阀的新型气道组合的流通能力与调节涡流的性能.用PIV系统对各个工况下气道入口的流场进行测量,通过PIV系统输出的二维流场信息估算气道进气质量流量的变化及分配情况,同时利用AVL-FIRE对整个实验系统进行了CFD分析.结果表明,柴油机双进气道通过涡流控制阀调节直气道的进气质量流量及流速,引起总的质量流量的变化,进而改变了缸内涡流的大小.     

可变进气涡流系统气道入口流速的PIV测量

为了研究双进气道柴油机缸内涡流的调节原理及性能,在稳流气道试验台上测试了一种带涡流调节阀的新型气道组合的流通能力与调节涡流的性能.用PIV系统对各个工况下气道入口的流场进行测量,通过PIV系统输出的二维流场信息估算气道进气质量流量的变化及分配情况,同时利用AVL-FIRE对整个实验系统进行了CFD分析.结果表明,柴油机双进气道通过涡流控制阀调节直气道的进气质量流量及流速,引起总的质量流量的变化,进而改变了缸内涡流的大小.     

滑阀稳态液动力补偿新技术及其应用

作用在滑阀上的稳态液动力的消除补偿技术对于改善某些液压元件的性能有着十分重要的意义。本文介绍了一种用环形槽补偿作用在滑阀阀芯上的稳态液动力新技术;理论分析及试验结果都表明,在滑阀阀芯上加工一个简单的环形槽,能补偿80％左右的稳态液动力;将这项新技术应用于直动式溢流阀上,大幅度地改善了溢流阀的启闭特性。     

基于Fluent的蝶阀三维流动的数值模拟及分析

结合生产实际,针对大口径蝶阀,运用商用流体计算软件FLUENT,对其不同开度情况下的流场形式进行了三维数值模拟分析。特别是根据分析结果对大口径蝶阀结构进行了相应的改进。分析表明,改进后的蝶阀性能明显提高,流阻系数明显降低,对阀门优化设计有着积极的借鉴作用。     

基于CFD的滚动转子压缩机排气阀片性能分析

基于已验证的滚动转子压缩机计算流体动力学(CFD)模型,获得阀片工作的周期性气体载荷,并利用 Workbench软件对排气阀片进行瞬态动力学分析和疲劳寿命预测.分析阀片及阀背板的几何参数对阀片通流面积和寿命的影响,分析得到阀的通流面积和疲劳强度与阀片厚度、阀片特征升程有关.在特定工况下,取阀片厚度为0.305mm,阀片特征升程为2.5mm,兼顾阀片的通流面积和疲劳寿命,得到较理想的性能结果.在此基础上,优化了阀背板型线,优化后的阀片通流面积增加8.63%,最大应力减小107.4MPa.研究结果对滚动转子压缩机排气阀片的设计提供了有效参考和评价方法.     

FSAE赛车进气系统改进设计

通过对限流阎安装在进气系统不同位置对发动机的影响进行了详细分析,得出一种限流阀最优安装位置,即在节气门阀体和喷油嘴之间．并利用CFD软件FLUENT对其谐振腔进行了流体动力学分析．研究表明：进气系统的改进对发动机的动力性、排放性以及噪音方面有非常大的改善．