基于多物理場(chǎng)耦合的插裝型錐閥可視化研究
液壓閥相關(guān)的科學(xué)問題,各類型液壓閥的流量特性,作用在閥芯上液動(dòng)力的大小和方向,液動(dòng)力對(duì)閥工作可靠性、操作靈活性和動(dòng)靜態(tài)特性的影響,內(nèi)部流場(chǎng)的可視化計(jì)算等,一直是流體傳動(dòng)與控制技術(shù)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)研究問題,也是發(fā)展高性能液壓控制閥必須解決的關(guān)鍵問題。
《基于多物理場(chǎng)耦合的插裝型錐閥可視化研究》主要采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)插裝型錐閥的特性進(jìn)行分析研究,實(shí)用性強(qiáng),通用性高,實(shí)例豐富,是基于作者多年來的研究與應(yīng)用成果編寫而成。
《基于多物理場(chǎng)耦合的插裝型錐閥可視化研究》適用于機(jī)械類專業(yè)從業(yè)人員,特別是液壓元件的研發(fā)、制造人員,也可供高等院校有關(guān)專業(yè)的師生參考閱讀,對(duì)其他相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員也有一定的參考價(jià)值。
社會(huì)需求是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。液壓技術(shù)飛速發(fā)展,要求液壓系統(tǒng)滿足高壓力、大流量,但體積小、重量輕,且高精度、高效率,液壓插裝閥技術(shù)在此形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生,二通插裝閥的出現(xiàn)將液壓技術(shù)的發(fā)展提高到了一個(gè)嶄新的階段。在某些應(yīng)用場(chǎng)合,插裝閥是提高生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力的唯一選擇。
液壓閥相關(guān)的科學(xué)問題,各類型液壓閥的流量特性,作用在閥芯上液動(dòng)力的大小和方向,液動(dòng)力對(duì)閥工作可靠性、操作靈活性和動(dòng)靜態(tài)特性的影響,內(nèi)部流場(chǎng)的可視化計(jì)算等,一直是流體傳動(dòng)與控制技術(shù)領(lǐng)域中的基礎(chǔ)研究問題,也是發(fā)展高性能液壓控制閥必須解決的關(guān)鍵問題。
本書主要采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)插裝型錐閥的特性進(jìn)行分析研究,共分五章。第1章,系統(tǒng)地回顧了液壓閥的研究進(jìn)展。第2章將數(shù)值模擬計(jì)算中的計(jì)算模型進(jìn)行了概述。第3章是針對(duì)錐閥過流斷面的計(jì)算。閥芯帶錐但錐面不完整的錐臺(tái)形錐閥和閥座帶錐錐閥在計(jì)算流量時(shí)采用按完整錐面錐閥導(dǎo)出的過流面積計(jì)算公式會(huì)造成計(jì)算誤差。從過流斷面的定義出發(fā),利用CFD流場(chǎng)可視化技術(shù)對(duì)錐閥的流場(chǎng)進(jìn)行深入細(xì)致地研究分析,找出了其在整個(gè)大行程范圍內(nèi)不同開口度時(shí)的過流斷面位置,并給出了理論計(jì)算公式。第4章是對(duì)錐閥液動(dòng)力計(jì)算公式的修正。閥芯開口度大時(shí),錐臺(tái)形錐閥和閥座帶錐錐閥過流斷面的位置和計(jì)算發(fā)生變化,傳統(tǒng)的理論公式對(duì)其液動(dòng)力的計(jì)算也不再適用。液動(dòng)力本質(zhì)上是由流體運(yùn)動(dòng)所造成的閥芯壁面壓力分布發(fā)生變化而產(chǎn)生的,故從流場(chǎng)分析人手,獲得閥芯底部壓力分布值,將壓力相對(duì)作用面積積分,得到其液動(dòng)力值,并細(xì)化流場(chǎng)信息得知液動(dòng)力產(chǎn)生的機(jī)理。為了便于工程實(shí)際使用,對(duì)于不同閥口形式錐閥,內(nèi)外流工況不同時(shí),選取不同的控制體積。根據(jù)動(dòng)量定理推導(dǎo)出的相應(yīng)的計(jì)算公式,最終給出了不同流動(dòng)方向下閥口全行程時(shí)的液動(dòng)力特性。錐閥進(jìn)出口壓差相同,進(jìn)出口壓力值低時(shí),閥內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)閮上嗔鳎c單相流的流動(dòng)特征不同。但傳統(tǒng)的液動(dòng)力計(jì)算公式中,液動(dòng)力與進(jìn)出口壓力差值成正比,與進(jìn)出口壓力值的大小無關(guān),故不再適用。根據(jù)對(duì)閥內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行的兩相流模擬仿真,對(duì)傳統(tǒng)公式進(jìn)行修正,推導(dǎo)出了適用于兩相流狀態(tài)下液動(dòng)力的計(jì)算公式。第5章進(jìn)行了插裝閥液固熱耦合分析,分析閥套和閥芯變形對(duì)于節(jié)流口過流面積及閥套閥芯間配合間隙的影響。首先根據(jù)液壓閥流體流動(dòng)過程的傳熱特點(diǎn),對(duì)液流流動(dòng)過程流場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到整個(gè)錐閥固體、液體區(qū)域內(nèi)詳細(xì)的溫度場(chǎng)分布規(guī)律,最后給出熱應(yīng)力和液壓力共同作用下的閥套閥芯變形量。在一定程度上可科學(xué)估算變形量對(duì)閥套閥芯配合間隙及閥口特性的影響,從而為閥套閥芯設(shè)計(jì)提供可供參考的依據(jù)。
由于作者水平有限,本書不足之處在所難免,懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。