偏转板伺服阀前置级结构参数优化研究

通过改变偏转板伺服阀劈尖高度和V形槽下端喷口的导流长度等结构参数,建立新的偏转板前置级模型,利用ICEM和FLUENT软件对前置级流场进行静态特性分析;对前置级流量曲线进行二次拟合,建立伺服阀系统数学模型,利用SIMULINK仿真模型进行动态仿真,分析偏转板伺服阀系统的动态特性,从而优化偏转板伺服阀前置级结构参数。结果表明,适当降低偏转板伺服阀劈尖高度,保持劈尖宽度不变,可增大偏转板伺服阀前置级的流量增益和提升伺服阀的响应频率;增加V形槽喷口的导流长度,会减小偏转板伺服阀前置级流量增益和降低伺服阀的响应频率。     

固体颗粒对射流偏转板伺服阀前置级冲蚀磨损的影响

针对射流偏转板伺服阀油液中的颗粒在高速射流时对其前置级产生冲蚀磨损的问题,将计算流体动力学和冲蚀磨损理论相结合,对射流偏转板伺服阀前置级进行了数值计算.模拟前置级油液的流动及固体颗粒的运动轨迹,计算了不同直径颗粒的最大运动速度及对前置级冲蚀磨损率的影响,分析了不同偏转板位移、V形导流窗口夹角以及不同偏转板厚度与前置级冲蚀磨损率的关系.结果表明:固体颗粒主要对劈尖冲击发生冲蚀磨损,油液中固体颗粒的直径越大其运动速度越小,但较大直径颗粒对前置级的冲蚀磨损较大;偏转板位移、V形导流窗口夹角以及偏转板厚度增大时前置级冲蚀磨损率减小.     

偏转板伺服阀前置级压力特性数值模拟分析

利用SolidWorks软件建立偏转板伺服阀前置级流场模型,运用ICEM和Fluent软件计算分析前置级接收孔处圆角大小、偏转板厚度以及偏转板位置对偏转板伺服阀前置级压力特性的影响。结果表明,适当减小前置级接收孔处圆角半径,有利于提高偏转板伺服阀的灵敏度,当接收孔处圆角半径为0.05 mm时,前置级恢复压力曲线和压力差曲线的线性度最好,偏转板伺服阀的灵敏度最高;适当增加偏转板厚度,有利于提高偏转板伺服阀前置级的恢复压力,但会降低偏转板伺服阀的灵敏度;偏转板向左上偏转一定角度时,偏转板伺服阀前置级左右接收孔存在压力差,会导致作用于滑阀的合力不为零,不利于阀芯运动的控制。     

射流管伺服阀前置级建模及参数匹配研究

为研究射流管伺服阀前置级结构参数对前置级性能的影响,建立了伺服阀前置级数值模型,并利用PIV技术对前置级流场测量,验证了数值模拟模型的正确性.运用数值手段,分析了前置级主要参数喷嘴孔直径、接收孔直径及喷嘴至接收器距离对恢复压差及其稳定性的影响,获得了三种不同伺服阀流量下前置级最佳结构参数匹配范围.结果表明:喷嘴孔直径为0.22～0.28 mm时,接收孔直径与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为1.1～1.2,喷嘴至接收器距离与喷嘴孔直径之比的最佳取值区间为0.6～0.8.前置级结构参数对接收孔压差稳定性具有直接影响,参数不匹配导致接收器劈尖对不稳定射流边界层的剪切是造成接收孔压差振荡的重要原因.      

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。     

射流管伺服阀前置级不对称性对零偏的影响

前置级不对称现象是导致射流管伺服阀零偏的主要因素.考虑两接收孔大小不相等、射流管与接收器不对中、接收器接收孔中心不对称等几何结构因素,建立了射流管伺服阀前置级的数学模型;针对接收器接收孔中心不对称的工况,建立了基于定积分的修正模型;考虑前置级接收面积的不对称度,提出了压力特性以及射流管伺服阀零偏值的定量分析方法.分析结...     

具有对称不均等负重合量的气动伺服阀特性

分析了具有负重合量的气动伺服阀特性及各节流口的流动形式.理论分析和实验结果表明：具有均等负重合量的气动伺服阀的零位压力约为供气压力的80%;当供气侧对称不均等负重合量小于排气侧负重合量时,零位压力小于供气压力的80%;当供气侧对称不均等负重合量大于排气侧负重合量时,零位压力大于供气压力的80%;具有对称均等负重合量或对称不均等负重合量的伺服阀的最大泄漏量发生在零位附近.     

力矩马达气隙误差对电液伺服阀零偏的影响

基于惠斯通电桥分析伺服阀力矩马达磁路,建立了气隙分布状态与伺服阀零偏之间的关系,当气隙左右对称或上下对称时,力矩马达不存在零偏,反之则存在零偏.建立考虑气隙误差时的力矩马达模型,得到了不对称气隙时的磁通规律、气隙误差与伺服阀零偏、压力增益以及流量增益之间的关系,发现当力矩马达气隙左右对称或上下对称时气隙误差仅影响伺服阀增益,气隙不对称时伺服阀会产生零偏,且伺服阀压力增益和流量增益会随力矩马达气隙增大而减小.     

结构简单无位移死区的比例流量阀原理与模型

针对具有内部机械反馈的比例阀结构复杂、可靠性较低等问题,提出一种采用流量-位移反馈机制的三位四通比例流量阀原理与模型。给比例电磁铁施加电信号使先导阀芯产生运动,进而改变先导流量,使主阀芯两端压力失衡,主阀芯在压差作用下产生位移,而主阀位移又使主阀两端压力重新平衡,形成流量-位移反馈机制;以三位四通阀作为主阀使比例流量阀可以控制负载运动速度与方向;基于流量-位移反馈机制建立了三位四通比例流量阀的状态空间模型,推导出主阀芯位移与先导阀芯位移的近似函数关系。通过分析比例流量阀模型控制腔压力调节的范围,发现控制腔压力的下限值由零位时可变液阻等效面积与固定液阻直径决定,当阀芯离开零位时控制腔压力升高,其上限值为油源压力值。采用AMEsim仿真软件对所提出的三位四通比例流量阀模型进行仿真实验分析,分析结果表明：该比例流量阀结构简单、可靠性高,主阀芯位移与先导阀芯位移在零位附近为线性关系,且主阀阀芯位移在最大行程内没有死区;当控制腔压力为油源压力的0.3倍时,主阀阀芯位移在阶跃信号下响应时间为0.01 s,在同等条件下与传统比例阀相比提高了50%。     

不同湍流模型下偏导射流伺服阀 前置级流场特性仿真

利用常用的k-ε湍流模型对偏导射流阀前置级流场进行数值模拟,探讨不同湍流模型对偏导射流伺服阀流场信息的影响.在相同初始条件下,对偏导射流阀前置级流场进行两相流二维数值计算,获得不同湍流模型下,压力、速度场信息及气穴分布特点.针对两接收腔压力仿真值比实测值要小的情况,主要是由于将流场边界层流动视为高雷诺数流动与实际情况不符造成,引入低雷诺数模型对边界层进行处理.在此模型的基础上继续深入研究单向流和两相流模型及不同背压和湍流强度对流场特性的影响.仿真结果表明:接收腔压力提高并与实测值相一致.采用两相流模型获得的结果更为真实,并且提高背压和增大湍流强度都会使两接收腔压力升高,对空化现象有一定的抑制作用.     

三余度伺服阀前置级不一致性影响研究

三余度伺服阀前置级可能存在不一致性,从而对伺服阀的动静态特性产生影响.提出一种包含前置级液动力和滑阀的动态特性的三余度伺服阀完整数学模型,分析喷嘴-挡板参数不一致对整阀特性的影响.考虑的弹簧管刚度、力反馈杆刚度和弹簧管回转中心到喷嘴中心的垂直距离3个参数.仿真分析表明:参数偏差小于5%时,对伺服阀的动态性能影响较小,且伺服阀的动静态性能偏移与参数偏差呈线性关系.当参数偏差继续增大时,伺服阀性能加速改变,近似与参数偏差呈三次关系.     

低比转速离心泵气液两相流动的可视化试验及数值模拟

为研究低比转速离心泵内部气液两相流动的流型和气泡直径的变化规律,采用高速摄像技术对泵内部气液两相流动进行可视化试验,同时采用Eulerian-Eulerian非均相流模型和RNG k-ε湍流模型对泵内部气液两相流动进行数值模拟,得到不同进口气相体积分数φ_0下叶片表面中间流线气相体积分数随中间流线相对位置的变化规律。研究结果表明:当φ_0从0.4%增大到3.5%时,叶轮内部流型分别为泡状流、聚合泡状流、气团流和分层流,泵进出口压差损失逐渐增加;保持初始液相流量不变,当进气量由1 L/min增大到3 L/min时,气泡的平均直径由0.61 mm逐渐增大到0.85 mm;保持进气量不变,当液相流量由5 m~3/h增大到10 m~3/h时,气泡的平均直径由1.00 mm减小到0.82 mm;叶片压力面和吸力面中间流线上的气相体积分数从叶轮进口到出口先增大后逐渐降低,出口附近由于漩涡的存在而使气相体积分数略有增加,且随着φ_0增加,压力面的气相积聚区域逐渐扩大。     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

装配间隙泄漏流对透平端壁冷却影响的实验研究

为了研究叶栅装配间隙泄漏流对透平叶片端壁气膜冷却特性的影响,依据真实重型燃气透平叶片参数,搭建了端壁气膜冷却实验台。采用压力敏感漆技术测量了不同质量流量比和装配间隙角度下端壁的气膜冷却特性,使用压力扫描阀测量了主流进口雷诺数和叶片表面压力分布。通过数值计算模拟了实验叶片装配间隙的流动结构,得到了装配间隙冷气出流质量流量比及射流角度的气膜冷却特性。结果表明：在装配间隙冷气出流质量流量比为0.1%～1.0%的范围内,在相同射流角度下,增加装配间隙质量流量能够提升透平端壁气膜冷却有效度,并增大装配间隙下游出口气膜覆盖面积,冷气质量流量比为1.0%时端壁气膜冷却有效度达到最高。由于叶片端壁表面的压力梯度导致装配间隙出流集中在流道中部及出口位置。在研究的60°～90°射流角范围内,在相同质量流量比下,减小装配间隙射流角度能够有效提升端壁气膜冷却有效度,75°射流角相较于90°垂直入射条件下的气膜冷却有效度增加接近一倍;射流角为60°时端壁气膜冷却有效度达到最高。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料摩擦磨损性能的影响

通过化学气相沉积法将纤维体积分数分别为23%,30%和40%的3种炭纤雏针刺毡预制件增密至1.50 g·cm-3,再浸渍树脂进一步增密至1.80 g·cm-3,进行热处理后制成炭/炭复合材料,观察3种试样的金相显微结构,测试3种试样在不同刹车压力下的摩擦磨损性能;采用扫描电子显微镜对其磨损表面进行观察.研究结果表明:对于热解炭为非典型粗糙层结构的炭/炭复合材料,纤维体积分数增大,其摩擦曲线相对较平稳,磨损量较大;当纤维体积分数超过30%后,磨损量显著增加;在相同的刹车压力下,纤维体积分数对摩擦因数无显著影响.刹车压力低时试样的摩擦因数比刹车压力高时的摩擦因数大;作为摩擦炭/炭复合材料,纤维体积分数为30%左右较适宜.     

液体火箭压差控制交叉输送特性研究

为提高火箭总体运载性能,利用AMEsim软件研究液体火箭交叉输送系统的动态特性,采用模块化思想,通过增压、贮箱、管路输送系统等功能模块,构建了基于AMEsim软件的交叉输送流体网络系统,并采用实验数据对压力和流量进行有效性验证;通过模拟推进剂压差控制模式下在网路系统中的流动特性,得到了交叉输送过程中管路内压力的变化特性;为保证芯级贮箱出流量最小,分析了对芯级贮箱临界压力的影响因素,得到其关于初始加注量、体积流量、飞行过载的关系。结果表明:临界压力值与助推级初始加注量、飞行过载成反比,与体积流量成正比;在临界压力下,助推级初始加注量对水击压力无显著影响;随着体积流量的增加,芯级管路水击压力逐渐减小,助推级水击压力则逐渐增加;飞行过载增大时,芯级与助推级水击压力均呈增高趋势。     

燃气泄漏过程及爆炸对建筑构件损毁的数值模拟研究

近年来,由燃气泄漏引起的爆炸事故逐渐成为人们关注的重点。为探究燃气泄漏规律以及其爆炸对建筑物损毁效应,采用计算流体动力学分别模拟了燃气在密闭空间和开放空间的泄漏扩散,同时运用Autodyn软件的Remap技术模拟了密闭空间的三种墙壁在燃气爆炸作用下的损毁过程,研究了墙壁水平和竖直方向的压力、速度以及位移变化规律。结果表明:燃气在密闭空间的扩散速度小于在开放空间的扩散速度;两种空间的燃气泄漏口处观察点在0～15 s时的质量分数变化趋势一致,15 s后密闭空间的质量分数继续增加,而开放空间的质量分数基本保持不变;砖墙、钢筋混凝土墙和混凝土墙的位移时程曲线皆表现为线性变化;三种墙壁的压力峰值、速度峰值以及位移峰值随距离增大多表现为指数衰减趋势;相同距离下,砖墙的压力峰值、速度峰值和位移峰值在水平、竖直方向的差值大于其余两种墙壁的差值。     

电液伺服随机振动控制系统非线性建模与仿真

为准确再现5~500 Hz频宽范围参考加速度功率谱密度,针对电液伺服随机振动控制系统,建立了其非线性数学模型.考虑压力流量特性和伺服阀控制死区的影响,状态依赖Riccati方程技术被引入来获得系统变增益状态反馈,拓展了系统频宽;同时结合功率谱密度均衡方法,在频域上对输入信号进行了修正.通过Simulink仿真分析可知,功率谱密度稳定波动范围在±1 dB以内.      

水液压微型阻尼孔的流量特性和气蚀特性

针对水的汽化压力高、黏度低等特殊理化特性,油液压阻尼孔设计理论应用于水液压元件设计会产生较大误差且现有水液压元件实验存在阻尼孔直径过大、压力过低等问题,设计了水液压微型阻尼孔元件(孔径d≤1mm),并对其流量特性、气蚀特性等水力学特性进行仿真和实验研究。实验结果验证了仿真模型的正确性,平均流量误差为5.22%,流量系数误差小于15%;仿真研究了气穴现象产生的规律,无论有无背压,阻尼孔气穴现象首先在进口部位产生,并随着两端压差的增大向出口推移;仿真和实验研究了特征尺寸及背压对微型阻尼孔流量特性和气蚀特性的影响,阻尼孔的流量与孔径及长径比呈非线性关系,有背压时,阻尼孔的流量大于无背压时的流量,流量系数亦高于无背压时的流量系数,且流量饱和现象比无背压时明显。大孔径的阻尼孔相对于小孔径的阻尼孔更易发生气穴现象,相同孔径下,长径比l/d=7的阻尼孔抗气蚀效果最优。提高背压有利于抑制气穴现象发生。在设计微型阻尼孔时,可选取小孔径、长径比l/d=7的阻尼孔,增加背压可以减少气穴现象对阻尼孔的侵蚀和破坏。     

轴向柱塞泵工作腔吸油气穴数值解析

为揭示轴向柱塞泵吸油时工作腔内的气穴现象并寻求控制方法,利用AMESim软件建立柱塞工作腔吸油模型.以工作腔内无空气析出作为目标函数,应用遗传算法对吸油短孔尺寸进行优化,获得吸油短孔直径的临界值以及腔内压力与空气析出变化曲线;利用Fluent动网格技术,使用湍流k-ε模型与气穴模型对优化的工作腔进行动态流场计算,给出腔内流场压力与空气体积分数分布.结果表明:在缸体转角90°附近,工作腔内负压最低;吸油短孔直径大于临界值时,腔内压力高于空气分离压,无空气析出;腔内负压分布不均匀,工作腔底部附近压力较低,空气体积分数较高.