节流阀油流温升及阀芯变形研究

摘要

节流阀是电液伺服系统的重要部件.当入流口和出流口的压差较大时,通过阀口的油流速度非常大.常见的机械油粘度也较大,因此油液的粘性加热显著。这会导致阀芯膨胀,使阀被卡死而失效.针对这一现象,本文选择了工程应用中典型的节流阀,采用了CFD方法模拟了阀内的油流温升现象,分析了U形节流阀槽口结构参数、进出口压差及槽口类型对油流温升的影响。然后基于CFD模拟得到的温度场,采用FEA方法,对U形节流阀阀芯变形进行了模拟。 通过对数值模拟结果的分析,发现:U形节流阀的槽口深度越大,其最高温度随质量流量变化的速率越小；U形节流阀的最高温度随进出口压差的增大而增大,并基本成线形关系；节流阀的油液从槽口流出后形成射流,U形节流阀的射流出射角随着阀口开度的增大而减小,而V形节流阀的射流出射角保持不变；U形节流阀阀芯的局部高温分布在槽口轮廓线附近,而V形槽口节流阀的局部高温集中地出现在槽口底面上。 研究阀芯变形时,发现槽口半径小的U形槽,其阎芯最大的径向变形容易发生在槽口两侧的壁面。这种情况下,阎芯最大径向变形随着质量流量增大的速度逐渐减小。槽口深度大的U形槽,其阀芯最大的径向变形容易发生在槽口半圆壁面。 本文发现的有关节流阀油流温升及阀芯变形的规律,为改善节流阀的槽口温度分布,防止被卡死,提供了新的设计思路.本文首次采用的CFD和FEA结合的方法,也为相关领域的研究提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1 研究背景和意义

1.2有关节流阎的研究

1.2.1基于CFD的研究成果

1.2.2基于实验的研究成果

1.3本文的主要内容及创新点

2 基本理论和方法

2.1 CFD概况

2.1.1 CFD的发展

2.1.2 CFD的分支

2.2控制方程

2.3湍流模型

2.3.1湍流模式发展历程

2.3.2湍流模型的选用

2.4 SIMPLE算法

3节流阀油流温升的数值模拟研究

3.1引言

3.2几何模型

3.3计算模型及边界条件

3.4网格生成及网格依赖性分析

3.5模拟结果及分析

3.5.1槽口结构参数对油流温升的影响

3.5.2进出口压差对油流温升的影响

3.5.3槽口类型对油流温升的影响

3.6小结

4 阀芯变形研究

4.1引言

4.2有限元原理

4.2.1传热分析

4.2.2热应力分析

4.3阀芯变形的数值模拟及结果分析

4.3.1变形位置分析

4.3.2径向变形的比较

4.4小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

作者简历