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V型节流阀油流粘性加热及结构热变形分析

作　者: 王睿君
导　师: 邵雪明；陈丽华
学　校: 浙江大学
专　业: 流体力学
关键词: V型节流阀 CFD FEM 流固耦合 温度场 热变形
分类号: TH137.522
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


作为液压系统的控制元件,节流阀的作用是通过改变节流口的过流面积来控制液压油流量,从而控制整个液压系统的全部功能。因此节流阀性能的可靠性,对整个液压系统是否能正常工作起到非常重要的作用。但在某些工作条件下,节流阀会发生热卡紧/热卡死失效故障,使阀套和阀芯之间的配合摩擦阻力增加,相对运动动作迟滞,节流阀控制精度严重降低,液压系统无法正常工作。本文以V型节流阀为研究对象,基于CFD和FEM相结合的流固耦合数值模拟方法对这一现象进行了深入研究。本文首先通过数值模拟对节流阀热卡紧/热卡死现象的产生机理进行了合理的分析：即当粘性较大的液压油流入节流阀阀口时,由于槽口的节流作用液压油在节流槽内形成高速剪切流,因而粘性加热效应非常显著,节流槽口附近局部温度迅速升高,导致阀芯和阀套上槽口附近的区域在较短时间里受热膨胀变形,阀芯和阀套之间的配合间隙减小,从而出现热卡紧故障；当径向变形量进一步增大到大于阀芯和阀套的设计间隙时,则会发生阀芯热卡死现象。然后,本文通过数值模拟系统地分析了液压油流动方向、节流槽结构参数和工作压差等因素对粘性加热导致节流阀热变形的影响规律,发现液压油流动方向和结构参数是影响节流阀阀芯热变形规律的主要因素；工作压力的增加使结构参数对节流阀热变形特性的影响放大。节流槽口温度峰值和径向变形极值在流入工况下随节流阀开度增大呈现先增大后减小的变化趋势,在流出工况下基本呈现持续增大的趋势；节流阀质量流量增大到饱和状态的过程中,流入工况最大径向变形极值高于流出工况。在相同的质量流量下,节流槽口径向变形量随着工作压差增大而加大。最后,本文动态分析了节流阀初始开启过程中阀套和阀芯的热变形过程。上述研究结果为节流阀的优化设计,以避免节流阀热卡紧/热卡死失效故障提供了理论基础,具有实际工程意义。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 液压阀介绍  9-10
  1.2 液压阀研究现状  10-13
    1.2.1 液压阀液动力分析研究  11-12
    1.2.2 液压阀空化现象和噪声特性研究  12
    1.2.3 液压阀温度分布及热变形分析研究  12-13
  1.3 本课题研究的目的、意义和主要内容  13-15
    1.3.1 本课题研究的目的和意义  13-14
    1.3.2 本课题研究的主要内容  14-15
第二章 基本理论和方法  15-22
  2.1 液压油流场数值模拟CFD计算方法  15-18
    2.1.1 计算流体力学CFD概述  15-16
    2.1.2 计算流体力学控制方程  16-18
  2.2 节流阀热变形FEM数值计算方法  18-22
    2.2.1 有限元方法概述  18-19
    2.2.2 热变形分析机理  19-22
第三章 V型节流阀油流粘性加热效应分析  22-57
  3.1 液压油粘性加热效应  22
  3.2 数值模型  22-28
    3.2.1 几何模型  22-23
    3.2.2 V型节流槽槽口结构分析  23-25
    3.2.3 边界条件  25
    3.2.4 液压油粘温特性  25-26
    3.2.5 网格模型及验证  26-28
  3.3 V型节流阀内部液压油速度场分析  28-39
    3.3.1 流入工况时的速度场分析  29-34
    3.3.2 流出工况时的速度场分析  34-39
  3.4 V型节流阀液压油粘性加热作用温度场分析  39-55
    3.4.1 流入工况节流阀阀芯温度场分析  39-47
    3.4.2 流出工况节流阀阀芯温度场分析  47-55
  3.5 本章小结  55-57
第四章 V型节流阀阀芯结构热变形数值模拟分析  57-73
  4.1 流固耦合分析  57
  4.2 阀芯热变形数值模拟结果分析  57-71
    4.2.1 流入工况阀芯热变形数值模拟结果分析  57-63
    4.2.2 流出工况阀芯热变形数值模拟结果分析  63-71
  4.3 本章小结  71-73
第五章 V型节流阀阀套&阀芯结构热变形非定常分析  73-83
  5.1 节流阀阀套阀芯热变形非定常分析概述  73-74
  5.2 阀套&阀芯热变形非定常数值模拟结果与讨论  74-81
    5.2.1 流入工况非定常数值模拟结果与讨论  74-79
    5.2.2 流出工况非定常数值模拟结果与讨论  79-81
  5.3 定常与非定常分析结果对比  81
  5.4 本章小结  81-83
第六章 总结与展望  83-86
  6.1 主要研究结果  83-85
  6.2 本课题今后工作的展望  85-86
参考文献  86-88

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 液压传动 > 液压元件 > 液压控制阀 > 流量控制阀
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