三角槽节流孔角度和孔径对气蚀的影响

　　0　前言

　　液压系统中,一般液压油在常态下都溶解6% ~12%体积的空气,当压力低于空气分离压力时,产生气蚀现象,气蚀使液压系统性能恶化,容积效率降低,还会产生液压冲击、振动及噪声。

　　节流孔(槽)常用于液压系统中的流量控制及预卸(升)压以减小液压冲击等用途。液流通过节流孔,在收缩断面处形成低压或负压,当负压低于空气分离压时, 节流孔发生气蚀,因此需要研究影响节流孔发生气蚀的因素,来预防气蚀发生,提高液压系统性能。作者用FLUENT软件仿真分析节流孔是否产生低于空气分离 压的负压来判断气蚀发生难易,得出节流孔角度和孔径对产生气蚀的影响,为抗气蚀发生的节流孔结构设计,特别是液压泵浮动侧板和配流盘减振孔(槽)高压差下 抗气蚀设计有参考意义。

　　1　数学模型

　　1·1　控制方程

　　流体不可压缩,其质量守恒方程

　　

　　动量守恒方程(N-S方程)

　　

　　式中:v为速度矢量; u、v、w为v在x、y、z轴上的分量;μ为动力黏度。

　　1·2　几何模型和网格图

　　

　　图1为三角槽节流阀节流口结构简图,图2为作者建立的CFD几何模型,模型尺寸为进出口腔长15mm,宽12mm,阀芯三角槽口底边长为5mm,图中X为阀口开度,分别取2mm、0·04mm,α为三角槽角度,分别取8°、2°。图3为网格图。

　　

　　1·3　计算条件

　　(1)节流阀开度很小,经计算雷诺数Re=vD /υ<2 300,流场为层流,采用Laminar状态方程进行计算。

　　(2)液压油为不可压缩,参数见表1。

　　

　　1·4　边界条件

　　入口边界条件为压力边界入口,进口总压取值范围0·1~100MPa。油液的空气分离压与油液种类、温度、空气溶解度等有关,并随温度升高而升高, 50℃时约为0·04MPa (绝对压力),所以以流场产生负压值-56 000Pa为参照进行取值。出口为压力出口边界,出口压力设为0,整个流场参考压力为1标准大气压(约0·1MPa,即101 325Pa)。

　　2　仿真结果与分析

　　2·1　三角槽角度不变,开度改变对负压的影响

　　如图4所示,角度为8°,开度2mm时,进口压力0·32MPa时产生负压-56 810Pa。而开度0·04mm,进口压力为5MPa才产生负压-56 000Pa。可见,角度不变,开度减小,也就是孔径减小,负压所需的压差增大,气蚀越难发生。

　　

　　2·2　三角槽开度不变,角度改变对负压的影响

　　保持开度2mm不变,节流孔角度为2°时,当进口压力取42MPa时,仿真显示流场产生负压-56 200Pa。可见,开度不变,角度减小,产生相同负压的压差增大。