基于计算流体动力学解析的液压锥阀噪声评价

　　0　引言

　　空化和漩涡脱离经常出现在液压阀节流口附近,是液压阀的主要噪声源之一,不仅会造成元件和系统能量损失、噪声增大、效率降低,还会显著缩短系统寿命[1]。因此,有必要对液压阀内部的压力分布和漩涡脱离现象进行预测。

　　一些学者对锥阀阀口处节流特性进行了研究。Kato等[2]利用有限差分方法(finite differ-ence method,FDM)对锥阀的节流系数进行了2D模型分析,并与试验结果进行了比较;Toita等[3]利用有限体积法(finite volume method,FVM)对各种不同形状锥阀的对称模型进行计算分析,对改进锥阀形状提出了一些有用的建议;Oshima等通过试验研究了锥阀阀心与阀座夹角对锥阀流量特性、节流特性、空化特性、噪声特性的影响[4]。

　　本文对文献[4]中研究的液压锥阀进行计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)解析,找出液压锥阀的压力分布、漩涡脱离与噪声之间的关系,得到一个基于压力分布和漩涡脱离的液压锥阀噪声评价方法。

　　1空蚀噪声和漩涡脱离噪声

　　阀口的高速射流使该处液体的压力下降,当压力值低于该液体的饱和蒸汽压力或空气分离压力时,溶解或者混入其中的空气就会分离出来,产生大量气泡。当大量气泡随液体流入回油腔,且在固体壁面附近溃灭时,就会发生空蚀,同时产生高频噪声。

　　此外,由于阀口附近过流断面的急剧变化,在高速喷流状态下还会引起流速的不均匀性,从而产生漩涡脱离。如果漩涡脱离在节流口内形成回流(图1),使阀口的通流面积减小,阻止气泡顺利通过阀口,还会使气泡在阀口内部或出口破裂[1,5]。

　　2液压锥阀试验与仿真

　　2.1试验条件与试验结果

　　2.1.1试验条件[4]

　　图2为试验所用锥阀的主要结构,表1为主要尺寸,其中ΔΦ=Φs-Φp。液压油密度ρ=870kg/m3,动力粘度μ=0·058 Pa·s,空气分离压力pv=4kPa。试验时,锥阀入口压力保持绝对压力p1=5MPa,通过调节口压力p2得到不同的工作压力差Δp = p1-p2;通过调节阀心位置改变阀的开口大小X;在图2所示压力测点处安装压力传感器,测量阀座上压力p的分布;在距离阀体10cm处安装精密噪声仪,测量锥阀产生的噪声。

　　2.1.2试验结果

　　图3为文献[4]中试验所得不同ΔΦ对应液压锥阀的噪声随阀心与阀座间锥面夹角的变化曲线。流入状态下,当ΔΦ>0时,节流口变为收缩型节流口,当ΔΦ<0时,流口变为渐扩型节流口;反之,流出状态下,当ΔΦ>0时,节流口变为渐扩型节流口,当ΔΦ<0时,节流口变为收缩型节流口。