液压冲击器配流阀内部流场的数值模拟与分析.pdf

1 4 0 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi ne r y De s i g nMa n u f a c t u r e 第 2 期 2 0 1 3年 2月 液压冲击器配流阀内部流场的数值模拟与分析 杨国平， 徐小剑， 梁翠平 上海工程技术大学 汽车T程学院， L 海 2 0 1 6 2 0 摘要 利用A u t o C A D和 C A T I A软件分别建立了冲击器管道和换向阀的几何模型； 然后利用前处理软件 G A M B I T进行 网格的划分。 应 用C F D分析软件 F L U E N T ， 运用有限元方法分别对滑阀式换 向阀的二维和三维模型的流场进行 了数值模 拟 并将计算结果 以图像的形式给 出， 在此基础上定性分析 了流体速度、 流线、 漩涡与能量损失的关系， 为指导改进换向 阀内部结构提出了参考． ． 由于二维模型的简化使二维流场在定量分析上与实际存在着较大的误差， 在定性分析上与实际 基本吻合， 有一定的参考价值， 而三维流场无论在定量还是定性分析上都具有一定的指导意叉． ． 关键词 数值模拟； 流场 ； 滑阀 中图分类号 T HI 6 ； T I 3 7 ． 5 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 l 一 3 9 9 7 2 0 1 3 O 2 一 O l 4 0 0 4 Ma t h e ma t i c a l Si mu l a t i o n a n d An a l y s i s o f I n t e r n a l F l o w F i e l d i n t h e Sl i d e Sh u t t l e Va l v e Y A N G G u o p i n g ， X U Xi a o - j i a n ， L I A N G C u i p i n g A u t o mo t i v e E n g i n e e r i n g Co l l e g e ，S h a n g h a i Un i v e r s i t y o f En g i n e e r i n g S c i e n c e ， S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0 ，C h i n a A b s t r a c t I t e s t a b l i s h e d t h e g e o me t r y mo d e l o f t h e i n tp a c t o r ’ s p ip e a n d t h e s h u t t l e u a l v e b y u s i n g t h e s o ftw a r e of A u t o C A D 伽d C A T I A； t h e n u s e d t h e p r o c e s s i n g s o f t w a r e G A MB I T t o h a v e a g r i d ． B y u s i n g t h e F L U E N T s o f t w a r e w h i c h w a s b e l o n g e d t o t h e C F D a n a l y s i s s o f t w a r e ，t h e o wfi e l d i n t w o d i m e n s i o n d a n d t h r e e - d i m e n s i o n a l m o d e l o ft h e s l i d e r e v e r s i n g v a l v e u 1 c ls s i mu l a t e d b y u s i n g t h e F i n i t e - E l e m e n t me t h o d ． A n d t h e c o m p u t i n g r e s u h s w e r e g i v e n i n t h e f o r m ofv i s u aliz e d p i c t u r e s ． b a s e d o n t h e s e r e s u l t s ， t h e r e l a t i o n s b e t w e e n t h e flu i d v e l o c i t y ， s t r e a ml i n e ， v o r t e x a n d fl u i d e n e r g y l o s s w e r e a n al y z e d ， a n d g u i d e d t o m a k e i n t e r n al s t r u c t u r e o f t h e v a l v e b e t t e r ．T h e s i m p l i fi e d t w o d i m e n s i o n al m o d e 1 ma k e s i t a l a r g e e t r o y b e t w e e n a q u a n t i t a t i v e a n d y s i s oJ t h e fl o w fi e l d a n d t h e r e a l i t y ． T h e r e a c e r t a i n r e f e r e n c e v a l u e i n t h e q u ali t a t i v e a n a l y s i s ， w h i l e t h e a n al y s i s oft h r e e - d i m e n s i o n a l fl o w fie l d h a s s o m e g u i d i n g s i guc a n c e ， n o m a t t e r i n t e r m s o fq u a n t i t a t i v e o r q u ali t a t i v e c a v e e t ． Ke y W o r d s M a t h e m a t i c a l S i m u l a t i o n ；F l o w F i e l d； S l i d e Va l v e 1研究的几何模型以及边界条件 1 ． 1几何模型 滑阀式换向 主要由阀箱、 阀芯 、 阀盖三部分组成； 包含四 个腔道， 分别是信号孑 L 、 回油孔、 高压腔和变压腔。滑阀式换向阀 的结构示意图， 如罔 1 所示。 信 号孔同油孔高压腔 变压腔 图 1 滑阀式换向阀的结构示意图 F i g ． I Th e S t r u c t u r e Di a g r a m o f Sl i d e S h u t t l e Va l v e 1 ． 2边界条件和计算条件 件为 人 处给定速度边界条件， 速度为平均速度； 出口处定义自 由出口。其他位置均按无滑移同壁边粹处理， 流体与鼙面接触的 边界为静止壁而。在计算过程中对流体流动状态进行 如下设 置 流体 为不可压缩 、 牛顿流体 ； 流动状态为湍流 ， 采用标准 k - e 湍流模型 ； 阀芯直径 为 3 8 ra m。 2二维模型的 C F D分析 2 ． 1二维模型的数值模拟 鉴于阀口的二维模型比较简单，在 G A MB I T中完成可以精 确地建模 ， 然后再进行网格划分 。 1 流趋为 5 0 I ／ m i n ， 阀芯开 口度不同的条件下进午 亍 仿真开 口度 为 1 m i l l 、 5 ra m、 7 m m时换 向阀节流 口处 的流场结构， 如 2 ～ 圈 1 0所示 。 假定不考虑换向阀的泄露，进行流体数值计算时的边界条 阀口开度为 h u m 来稿 日期 2 0 1 2 - 0 4 一 l 2 作者简介 杨国平 ， 1 9 6 2 一 ， 男 ， 湖南芷江， 工学博士 ， 教授 ， 主要研究 向 r 程车辆 电液控制技术