TBM液压阀块流道压降特性研究

针对全断面硬岩掘进机(TBM)掘进过程中强振动对液压阀块内部流道的影响,建立了基础振动下U型、Z型、V型3种典型流道的流场仿真模型,并通过实验验证了仿真模型的正确性.仿真分析了振动方向和强度对典型流道压降特性的影响规律.研究发现:基础振动下液压阀块流道的压降随时间做周期性波动,压降的波动幅值和平均值随着振动强度的增大而增大;在阀块内布置流道时,U型流道应避免Y方向的振动,Z型流道应避免X方向的振动,V型流道应避免Z方向的振动.研究结果能为基础振动下液压阀块结构的设计提供理论依据.     

交变压力下溢流阀主阀口异常开启分析与优化

针对液压激振系统中存在交变压力的情况,为研究交变压力下先导式溢流阀的响应特性,对先导式溢流阀进行理论分析和AMEsim仿真分析,并进行试验对比研究.结果表明:交变压力下先导式溢流阀主阀口存在异常开启现象,增加系统能量损失;主阀口异常开启量随交变压力幅值增大而增大.通过减小主阀芯上腔容积、降低油液黏度和增大阻尼孔直径,可减小主阀口异常开启量.试验结果与仿真分析基本一致,验证了仿真分析的正确性与可靠性.     

天然气水合物输送管道的压力损失规律

为了研究海底天然气水合物绞吸式开采水力输送系统中管径、流速、体积分数和颗粒粒径对输送系统压力损失的影响规律,确定各参数的合理选择范围;建立输送管道三维流场模型,采用控制变量的方法,运用计算流体力学理论和Fluent仿真软件对输送管道内固液两相流场进行仿真分析。研究结果表明:输送系统压力损失梯度随管径的增大而减小;当管径增大到0.4 m时,继续增大管径对压力损失梯度影响越来越小;压力损失梯度随浆体流速的增大先减小后增大,存在1个最优流速,在2.5～4.0 m/s之间,且颗粒粒径和体积分数越大,对应的最优流速就越大,压力损失梯度随体积分数的增大呈线性增大;压力损失梯度随着颗粒粒径增大而增大,但增大幅度很小。     

含腐蚀及椭圆度缺陷管道的动态屈曲传播研究

通过建立有限元模型对海底管道的真实工况进行数值模拟,计算准静态条件下的管道压溃压力以及屈曲传播压力,并与管道全尺寸试验结果以及DNV-OS-F101规范中的计算结果进行对比,验证模型的准确性;在有限元模型中利用数据传递的方法将准静态条件下管道局部压溃的受力状态传递到动态模型中,并对管道在动态条件下的变形特点进行探究;研究管道腐蚀深度、初始椭圆度以及加载的传播压力对屈曲剖面长度、屈曲传播速度和反向椭圆度等管道动态屈曲传播特征值的影响。研究结果表明:在加载压力较小时,管道屈曲剖面长度随压力增大而减小;管道屈曲传播速度随着压力和初始缺陷的增大而加快;管道反向椭圆度的出现会阻碍屈曲沿管道轴线的传播,管道反向椭圆度随压力增大而增大。     

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。     

参数对输水管道水流冲击气团压力的影响

从理论上研究了阀门前充水段长度、滞留气团的初始长度、多方指数n等参数对输水管道水流冲击气团最大压力的影响．研究表明,阀前充水段长度仅改变系统的波动频率而与冲击气团最大压力无关．在忽略水头损失时,滞留气团的初始长度与冲击气团最大压力无关,而在考虑水头损失时,滞留气团的初始长度越长,水流冲击气团的最大压力越小,衰减越快;随着多方指数n值增大,水流冲击气团的最大压力减少;管路中的初始稳定气压对水流冲击气团产生的最大压力影响显著。     

高压压裂泵配流阀流场特性分析及结构参数优化

针对高压压裂泵配流效率低、配流阀工作寿命短的问题,通过流场特性仿真对配流阀的结构参数进行优化.分析阀盘升程及锥角对阀内压力、阀口流速及流量系数的影响,得出合适的阀盘升程及锥角参数.结果表明:阀盘底部所受压力最大,阀口流道中靠近阀盘底角处流体速度最大,由于流体速度方向的变化,在靠近阀座处出现固体颗粒堆积;阀盘锥角一定时,...     

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。     

流道弯曲对圆柱绕流尾迹流场的影响

为揭示流道弯曲对圆柱绕流尾迹流场的影响,对低雷诺数下弯曲流道内二维圆柱绕流进行数值模拟,讨论管道宽度、弯曲角度和弯曲距离对流场的影响,得到一定管道宽度下多组合弯曲角度和弯曲距离的流场特征参数及漩涡脱落特征。研究结果表明:弯管内圆柱绕流流场是弯管和圆柱之间相互作用的结果,弯曲段的存在使尾迹流场呈不对称分布;流道宽度对流场特征参数有显著影响,流道越窄,流场越复杂,圆柱前后压差越大,涡长约增长1.4倍,分离角约增大3°,圆柱后壁面会出现附壁涡;压力系数、阻力系数平均值和升力系数均方根随弯曲角度增大明显增大,在θ为90°时达到最大值;随弯曲距离增大,弯曲段对圆柱后尾迹流场的影响越来越小。     

多路阀耦合节流槽结构的拓扑变量空间优化

针对多路换向阀换向过程中的多阀口节流耦合作用问题,提出了以圆型、U型以及半圆型3种基本节流拓扑结构的参数为设计变量的多路换向阀耦合节流槽结构设计方法。在确认多路换向阀台架实验结果与三维流场解析响应流量和压力特性基本一致的前提下,建立了多阀口耦合节流工作的数值计算模型;通过拓扑变量空间的正交实验,得到了各阀口不同开度下随面积变化的流量变化趋势、压力峰值、压力损失等的灵敏度;在有限拓扑变量约束条件下,以期望流量变化趋势与能量损失最小化为目标,构建了多路换向阀耦合节流槽结构的拓扑变量空间设计模型。仿真结果表明,设计结果在保留原有流量特性的基础上降低了能量损失,实现了工作阀口节流耦合效应优化,说明该方法可以简化表达此类耦合结构设计问题。     

纯水锥阀式先导阀阀口流场的CFD分析及结构优化

介绍一种纯水锥阀式先导阀的结构,并用FLUENT软件对其内流场进行仿真分析。得到流场压力,速度及湍动能分布云图,根据仿真分析结果对锥阀结构进行两种结构的优化和改进。分析结果显示,改进后的结构明显地减小了阀内的静压力和湍动能的损失,降低了阀口气穴产生的几率,减小了振动。     

突扩断面流道压力损失分析

突扩断面流道是各类液压元件的基本结构形式,流体流经突扩断面流道时将产生压力损失,现有设计资料往往将这类压力损失视为与雷诺数(Re)无关的常值。采用理论分析方法,将流体流经突扩断面的总压力损失系数分解为近似理论值、与突扩断面对上游流速扰动对应的压力损失系数、与上游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数、与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数以及与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数等5个组成部分;采用CFD模拟方法,研究了Re对总压力损失系数的影响规律。结果表明,存在临界雷诺数Re_(cr),当实际Re低于Re_(cr)时,总压力损失系数不再是一常值而随Re反比变化;在低Re时,与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分;而在高Re时,近似理论值及与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分。提出的理论分析方法及数值模拟结果可为各类液压元件中过液孔道的结构优化奠定有益基础。     

挡板结构对微混合器内流动与混合的影响

对内置3种不同挡板的T型微混合器内的流动与混合进行数值模拟,比较流动与混合的发展过程,分析不同挡板结构的对流作用机理以及混合随通道长度方向的发展变化.讨论了不同雷诺数(Re)下,挡板结构对混合强度与压力损失的影响.结果表明,在5Re≤90范围内,3种挡板结构产生的混合强度与压力损失均随Re的增大而增大.矩形挡板产生的混合效果最佳,但结合压力损失评价,认为斜面梯形具备最优的综合性能.     

高压大流量水阀U形密封圈失效机理

以高压大流量水阀的U形橡胶密封圈为对象进行受力分析;选取Mooney-Rivlin模型表征橡胶材料,基于ANSYS/LS-DYNA软件实现阀杆往复密封结构的三维非线性接触动力学仿真,得到介质压力、阀杆运动速度和方向、表面摩擦因数以及阀杆径向受力等因素对密封圈应力状况的影响规律,确定U形橡胶密封圈失效的边界条件.实验结果表明:U形密封圈的沟槽、内唇口及底孔边缘是最大应力发生的主要部位,静态下密封圈最大应力比介质压力高8～10 MPa,阀杆正向运动时密封圈最大应力受摩擦因数的影响明显但处于安全范围,阀杆反向运动时密封圈最大应力主要受滑动速度影响,阀杆摆动时最大应力随径向力成近似正比增大.仿真结果与实际失效特征吻合.     

内检测器调速旁通阀流场特性仿真

旁通阀是内检测器实现速度控制的关键部件,其直接决定内检测器的运行安全及检测精度。为实现旁通阀结构最优化,进而制定合理的速度调节策略,本文通过数值模拟的方法研究了流体介质通过不同结构旁通阀时所具有的流场特性。仿真结果表明：当流体介质通过厚孔式旁通阀时,旁通孔前后压差、压力损失系数与泄流面积均成反比,且与理论计算值趋势一致且误差逐渐递减;当流体介质通过厚孔圆盘式旁通阀时,旁通孔前后压差与泄流面积成反比,而压力损失系数与泄流面积成正比;当流体介质通过转动式旁通阀时,旁通泄流尺寸越大,前后压差和压力损失系数均减小,与厚孔式旁通阀规律一致。可见,旁通阀前后压差与泄流面积呈绝对反比关系,而压力损失系数不仅受泄流面积影响,还与旁通阀自身结构有关。     

孔板后压力恢复长度的影响因数定量关系

孔板消能工具有构造方便、消能效率高以及经济等优点,在我国水电工程及泄流工程中得到广泛应用.在多级孔板设计中,孔板间距与孔板后压力恢复长度有关,而孔板后压力恢复长度的研究却很少.利用数值模拟法对孔板后压力恢复长度的影响因数进行了定量分析.结果表明,孔板后压力恢复长度主要由孔板孔径比、孔板相对厚度以及流经孔板流体的雷诺数等相关参数决定：当雷诺数增大到一个定值时,孔板后压力恢复长度几乎不随雷诺数的变化而变化;当孔板相对厚度和孔板孔径比在一定范围内,孔板相对厚度不变,孔板孔径比减小,孔板后压力恢复长度增大;当孔板孔径比不变时,孔板相对厚度增大,孔板后压力恢复长度减小.通过多元回归分析和曲线拟合得到孔板后压力恢复长度的经验公式,并进行室内试验验证,为多级孔板间距设计提供理论依据.     

环形孔式节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响

采用数值解析法分析了环形孔节流器设计参数对空气静压轴承承载力和刚度的影响.仿真结果表明:气膜承载力随承载面直径、节流孔直径和进气压力的增大而增大;气膜刚度随承载面直径和进气压力的增大而增大,随节流孔直径的增大而减小;气膜刚度随气膜厚度增加时呈现出先增大后减小变化规律,在中间某一气膜厚度出现最大值.数值分析结果将为空气静压轴承节流器数量、排列组合方式、单个节流器设计参数合理选取提供理论参数.     

不同开度下水泵水轮机飞逸工况压力脉动特性分析

为研究不同开度下混流式水泵水轮机流道内的压力脉动,采用Realizable k-ε湍流模型,进行了某模型水泵水轮机飞逸工况7个不同开度下的全流道三维非定常数值计算,并与实验结果进行对比,分析了其各区域压力脉动幅值和频率.结果表明:随着开度的增大,转速上升,水泵水轮机流道内的压力脉动幅值有所升高,增大到一定程度后会引起蜗壳内流动特性的改变;中间开度21 mm时活动导叶转轮区域及尾水管内压力脉动主频较其余两开度高而幅值有所降低;尾水管中压力脉动主频具有传递性且幅值随流动方向增大.     

并联双杆液压缸偏载力和径向力分析

针对矢量喷管发动机采用的并联双杆液压缸存在不均匀磨损和运动抖动的问题,建立液压缸数学模型和等效静力学模型,研究不同负载、不同阀口开度下偏载力以及活塞与缸筒、活塞杆与导向套之间的径向力变化情况。研究结果表明:当外负载一定时,偏载力与阀口开度近似呈二次函数关系;当阀口开度一定时,偏载力与外负载呈线性关系;在空载条件下,偏载会对2根活塞杆的运动顺序产生影响;在外负载作用下,并联结构的形变导致径向力的产生,2根活塞杆的轴向偏载对径向力影响较小;活塞与缸筒之间的径向力随活塞杆伸出长度增大而增大,活塞杆与导向套之间的径向力随活塞杆伸出长度增大先减小再增大;并联液压缸之间的串联孔面积越大,2根活塞杆的轴向偏载力越小;采用增大连接块厚度或者采用高弹性模量的材料可以有效地降低液压缸的径向力。关于偏载力对2根活塞杆运动顺序的影响,实验结果与理论结果相符。     

锥型节流阀压力特性仿真与试验

以液压锥型节流阀为对象,研究了阀体流道的压力分布;选取45°三角形、矩形和U形节流槽三种阀芯建立了仿真模型;基于ADINA软件的流固耦合模块对三种阀芯情况下阀体内流道的压力分布和流场情况进行了仿真研究,并搭建试验台对仿真结果进行了试验验证.研究表明:节流阀的内流道压力在经过阀口后迅速降低,并在阀口的边缘位置有内流道中的最小值;节流阀竖直流道内的压力较低,是气穴现象的高发区;从压力和气穴的角度分析得出45°三角形阀芯的节流阀性能最优,矩形较差,U形阀芯的最差.