基于CFD方法分析汽车起重机比例多路换向阀的工作原理,采用Fluent软件对比例多路换向阀副卷扬联进行流场仿真,得到了多路换向阀在不同阀口开度下的速度场和压力场,详细叙述了起重机多路阀液动力的仿真分析方法,并对分析得出的压力云图、速度云图以及稳态液动力进行了结果分析和对比,对起重机多路阀的设计分析和流场可视化具有重要的意义。

分析HDF多路阀结构,利用三维建模软件分别建立流体模型及固体结构模型。结合计算流体力学理论,利用商业CFD软件,通过设置模型参数及边界条件对HDF多路阀流场及阀芯结构场进行解析。对流体解析数据分析,得到滑阀铲斗联速度场、压力场分布情况;对阀芯结构场解析,得到铲斗联阀芯在流固耦合边界条件下的应力应变情况,为液压阀内部特征的预测提供依据。

为了优化柱塞泵的迷宫密封结构减少泄漏量,选取密封槽角度、高度、宽度等参数为优化变量,以泄漏量最小为优化目标,采用神经网络响应面对迷宫密封结构建立了优化模型,并分析了各设计参数对泄漏量的影响;基于建立的响应面模型,以泄漏量最小为优化目标,应用遗传算法进行了优化计算,优化后的迷宫密封结构的泄漏量比原型降低了97.3%,并对优化后的结构应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)进行了验证,结果表明该优化结果比较准确。

插装阀在静止状态下,由于静摩擦的原因,导致阀芯与阀套出现卡滞现象;在运动状态下,由于压差和阀芯微偏移的原因造成阀芯与阀套发生磨损;为此提出一种新型的带有导流槽的插装阀阀芯。基于缝隙流动和液压卡紧分析,建立插装阀阀芯与阀套间隙的CFD优化仿真模型,通过N-S方程、伯努利方程和卡紧力方程联立得到阀芯与阀套间卡紧力的推导公式。基于CFD仿真模拟分析,比较新型阀芯与原阀芯不同模型间隙的切线应力、压力分布规律,结果表明:在入口压力为12 MPa时,原阀芯的切线应力在12000 Pa上下波动,大于新型阀芯切线应力4200 Pa;在入口压力为8 MPa时,原阀芯的切线应力在7200 Pa上下波动,大于新型阀芯切线应力3000 Pa;且原阀芯切线应力的波动范围远大于新型阀芯。新型阀芯在阀套间的受力更加平稳,磨损更小。研究结果为插装阀优化以及减少能量损失和改善润滑条

插装阀因其结构简单及易于标准化被广泛应用。针对一种大通径插装阀,研究其泄露特性,平衡槽可消除径向不平衡力,有效克服阀体卡紧,而且平衡槽的形状对插装阀的泄露量有较大影响。本文通过CFD的计算方法,在相同的外界条件下对比不同形状的平衡槽的应力及泄露量。对于选取平衡槽有一定的指导意义。

研究了比例伺服阀的阀芯结构对液动力的影响,提出了一种阀芯导流壁面优化设计方案。采用计算流体力学(CFD)的方法建立滑动网格模型,分别对阀芯传统导流结构和优化设计后的导流结构进行数值模拟分析,并验证了网格无关性。对阀芯所受稳态液动力进行数值求解,并分析了不同优化设计方案对阀口处流体流动状态的影响。结果表明,优化设计后的阀腔内部流场分布更均匀,流动状态更平稳;阀芯内流道导流结构会改变阀口处的介质流向,进而改变进出口流体水平方向上的动量差,以补偿部分液动力;与传统方案相比,液动力最大补偿效果可达60%,显著降低了阀芯所受液动力干扰,有利于提升比例伺服阀的静动态控制性能。

为降低带式输送机液黏耦合器的空化效应,建立气液耦合CFD模型,对内部瞬态流场进行分析与优化。采用VOF模型和Level Set模型匹配的方式实现气相、液相以及交界面的模拟,在SST、 IDDES、SBES和DLES等尺度模型下校验Singhal空化模型的计算精度,得出气泡演变特性、轴向空化特性和流场速度的变化规律。基于DOE方法建立涡轮叶片的优化数学模型,在确保流场压力峰值的前提下,最大限度地减小气泡体积。结果表明,优化后流场压力峰值提升了22.6%,对应的气泡体积降低了29.6%,优化效果显著。

为了获得液压减振器内部温度的分布状况,提高减振器的可靠性,对减振器的生热机理进行了分析研究。基于CFD的数值方法,建立了较高精度的减振器三维流体模型,在FLUENT软件中进行了仿真分析,获得了减振器在不同工况下的温度场分布云图,分析研究了不同油液参数对温度场的影响,并进行了试验验证。结果表明:高温度场主要分布在减振器活塞孔和复原阀周围;减振器活塞速度越大,减振器内部温度越高;油液参数不同,对应的油液热平衡温度也不同。此方法为解决液压减振器高温漏油和失效等问题提供了一定的参考价值。

针对大功率泵喷推进器的矢量控制需要,本文提出了一种新型导流板式矢量控制机构,并对其操纵性能和控制特性开展了研究。基于泵喷推进器和导流板的3D模型,使用STAR CCM+计算出了不同工况下矢量控制机构的水动力性能,获得了控制机构的受力曲线,由此总结出了矢量控制机构的矢量操纵策略。按照1:4的缩比尺寸,研制开发了导流板矢量控制机构及配套的液压驱动控制系统,验证了泵喷推进器矢量控制机构的控制精度可以满足实际需要。

选取双三角形节流槽液压滑阀作为研究对象,运用软件STAR-CD对该阀内的流场进行仿真计算,得到该滑阀在不同阀口开度时的稳态液动力数值,计算结果表明:在该双三角形节流槽液压滑阀阀口的流入和流出方向,稳态液动力均让阀口趋于关闭,其数值在流出方向略大于流入方向,且射流角变化微小,稳态液动力随着流量增加而增加。