液压滑阀液固热多物理场耦合分析研究

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液压阀是液压系统中普遍应用的基础元件,通过控制内部流体的运动,诸如改变其方向、流量等,以此来实现执行机构的动作,而滑阀又是液压阀中采用最多的控制阀形式。  在液压阀中,阀芯和阀套的间隙配合影响着系统的整体性能,如果间隙过大,液压油可能会溢出,影响到液压系统的正常工作。反过来说,如果间隙过小,操作力会增大,并且可能引起阀芯卡紧。阀芯卡紧是一种常见的故障,严重影响到液压系统的正常工作。而液压阀内,由于节流作用,油液通过阀口温度会升高,从而阀的温度会升高。阀芯阀套随着温度升高会出现膨胀变形,从而改变了两者之间的间隙,可能造成阀芯卡紧。综上所述,对液压阀的温度和变形的研究具有重要的实际意义。  本文以Φ8通径的三位四通电磁阀为研究对象,采用Pro/Engineer软件建立几何模型,在前置处理器Gambit软件中进行网格划分,联合Fluent与Ansys软件进行仿真模拟。由于液压阀温度升高是液压油的粘性耗散的结果,要得到固体的温度分布,必须先分析得到液压油的温度场,所以先对流体部分进行流场分析,再对固体部分进行温度分析和变形分析。  本文的主要内容如下:  阐述了国内外的研究现状,介绍了有关流体力学的基本方法和理论,对进行流场分析所需要的控制方程和湍流模式做了简单介绍。建立滑阀的三维模型,利用CFD软件FLUENT对流体的压力、速度、温度等进行分析,得到不同工况下油液的压力场、速度场和温度场。结合流场分析得到的液压油的温度场,在ANSYS软件的Workbench平台上分析得到滑阀的温度场及其变形情况。  分析仿真结果,得出以下结论:  在流体的温度场中,最高温度出现在阀口后部流体与阀芯细轴相接处的壁面部分。由此推断,发热的原因是液压油的粘性耗散。在相同的开口量和相同的压差条件下,固体的最高温度值要大于流体的最高温度值,这是因为固体的比热容小于流体的比热容。  对比两种变形,发现受热产生的变形量要远远大于受压力产生的变形量,所以受热膨胀是阀芯阀套在半径方向发生变形的主要原因。根据变形规律可知,在某些开口量情况下,阀芯阀套之间的间隙发生较大变化,可能造成阀芯卡紧,引起系统的瘫痪。因此需要避开这些特殊位置,或者对滑阀结构进行改进,提升其工作性能,从而为滑阀的设计提供了参考,具有实际意义。
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