登高车液控单向阀流场数值模拟    中山黄圃登高车出租

    登高车液控单向阀流场数值模拟   中山黄圃登高车出租, 中山黄圃登高车, 中山登高车出租   将对液控单向阀反向导通时的内部流场进行分析，先使用网格划分软件GAMBIT对液控单向阀反向导通时的流道进行网格划分，然后导入ANSYS/FLUENT流场仿真软件进行流场数值模拟，对仿真结果进行分析并提出结构优化方案。 FLUENT属于ANSYS公司，是一款国际上较为通用的商用CFD（计算流体动力学）软件，可用于模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动，凡是涉及流体、热传递、化学反应等领域的研究均可以使用该软件。丰富的物理模型、先进的数值模拟方法以及强大的前后处理功能，使得该软件在航空航天、液压传动等领域都有着非常广泛的应用。FLUENT具有灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术，让其可以广泛的使用在转换与湍流、传热与相变、多相流、旋动/变形网格、材料加工等行业。在液压行业里，该软件能够帮助用户精确的模拟无粘流、层流、湍流。同时其湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、雷诺盈利模型等模型，基本涵盖了用户日常数值模拟的需求。

    小阀芯开启时流场仿真,  本节将对单个液控单向阀小阀芯开启0.5mm时的流场进行仿真，为了对比仿真软件FLUENT对同一流场进行仿真时的差异分别对二维和三维流场进行仿真并对比分析。二维流场仿真, 小阀芯开启0.5mm时单个液控单向阀的流道二维模型，乳化液经液控单向阀控制口流入，流经液控口阻尼孔后经小阀芯阀口从反向回油口流出，将该流道在CAD中画好后倒入网格处理软件GAMBIT中。GAMBIT具有强大的网格划分功能，使得其能满足CFD对诸如边界层等特殊高质量网格的要求，同时其余FLUENT良好的衔接功能使得该软件虽然不再更新但任然受到广泛的应用。0.5mm先在网格划分软件GAMBIT中绘制二维流场，选择FLUENT5/6求解器，先后对流场的边、面进行网格划分。然后对流场边界进行设置，将流体入口边界条件类型设置为pressure-inlet，流体出口边界条件类型设置为pressure-outlet，其余与乳化液接触表面均设置为wall，最后输出网格mesh文件。将网格文件导入ANSYS/FLUENT中，检查网格网格文件无误后进行下一步操作，选择PressureBased求解器、稳态模型、Explicit格式。设置inlet和outlet的边界条件，根据国标对流体流过锥阀后压力损失不超过7MPa的要求选定进出口压差为6MPa，其中乳化液入口压力为50MPa，出口压力为44MPa。设置求解方法中Pressure-VelocityCoupling的求解方式为SIMPLEC，Discretization的模式为SecondOrder。由于乳化液物理性质与水相似，故假定流体为不可压缩液态水、牛顿流体，在此不考虑重力对流体在流道内流动状态的影响，忽略该过程中的热传递，设置流体密度为3/2.998mkg，动力粘度为23/10003.1msN。定义求解器为压力基耦合算法求解器，流体流动模型为湍流，流体粘性模型采用k~epsilon双方程模型，模型初始化后开始仿真。液控单向阀小阀芯开启0.5mm时流场的速度分布云图和压力分布云图，由图可知乳化液在流道内的平均速度大约在53m/s，当流道突然收紧时流速会增加。如在小阀芯锥面与大阀芯配合处和小阀芯前段导杆与大阀芯配合处阀道突然收紧使得此处乳化液流速最大约为86m/s，小阀芯过流面积为26109.4m，此时小阀芯流0.5mm量约25.3L/min。相应的观察压力分布云图可知乳化液速度降幅最大的同时系统压力也降幅最大，此时压力约为46MPa。同时在大阀芯与小阀芯配合尖角处压力约为44MPa，而其周围的压力约为46MPa，出现局部范围的负压，在该区域易发生气穴。此外，由于液控口阻尼孔只设置了一个，造成乳化液在通过小阀芯时主要从小阀芯一侧通过而另一46侧则流体较少，容易造成小阀芯径向受力不平衡。

     

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     三维流场仿真,  小阀芯开启0.5mm时单个液控单向阀的三维流道模型，乳化液流动方向不变，将该流道在Pro/E中实体造型完成后保存为.stp文件，导入网格处理软件GAMBIT中。对流道中小阀芯与阀座配合的关键部位进行面网格划分，然后对流道进行体网格划分，选取体网格类型为Tet/Hybrid，选取网格整体比例（Intervalsize）为0.4。然后对流场边界进行设置，将流体入口边界条件类型设置为pressure-inlet，流体出口边界条件类型设置为pressure-outlet，其余与乳化液接触表面均设置为wall，最后输出网格mesh文件。将网格文件导入ANSYS/FLUENT中，检查网格网格文件无误后进行下一步操作，选择PressureBased求解器、稳态模型、Explicit格式。设置inlet和outlet的边界条件，根据国标对流体流过锥阀后压力损失不超过7MPa的要求选定进出口压差为6MPa，其中乳化液入口压力为50MPa，出口压力为44MPa。设置求解方法中Pressure-VelocityCoupling47的求解方式为SIMPLEC，Discretization的模式为SecondOrder，选取水为流体模型，其他设置与上一节相同，初始化后开始仿真。小阀芯打开0.5mm时的压力分布云图，取液控单向阀通过进回液口的横截面为观察面。由图可知，小阀芯流场压力分两个阶段降低，第一阶段为通过阀套阻尼孔后压力降低到约为47MPa，第二阶段为乳化液通过小阀芯阀口时压力降低到约为43MPa。由图4-6的小阀芯阀口处压力放大云图可知，在大阀芯上小阀芯阀座处的尖角、小阀芯导杆处尖角、乳化液流出大阀芯上阀孔处产生了负压，容易产生气穴和噪声，应当采用圆角等措施予以优化。小阀芯打开0.5mm时的速度分布云图，由图可知在小阀芯流场中乳化液大部分区域速度为25m/s左右，在阀套与阀体配合形成的容腔中乳化液流速最快达到160m/s，这是上一节二维仿真结果未显示出来的。可以看出，相对于上一节的二维流场仿真，三维流场仿真中的乳化液流速更快。  小阀芯阀口处的速度云图和速度矢量放大图，由图可得乳化液在小阀芯与大阀芯配合处流速约为171m/s，小阀芯的阀口过流面积为26109.4m，小阀芯的阀口流量为50.3L/min。且在小阀芯上导杆与锥面衔接处乳化液产生旋涡，相应的此处压力降低，产生负压，易发生气穴和噪声，在设计时应予以倒圆角优化。

     流体流入49反向进油口后大部分直接流入阀套与阀体形成的容腔内，只有极少量流入阀套上的阻尼孔，乳化液峰值流速达到约230m/s。意味着系统的压力先作用在阀套与阀体形成的容腔内，待容腔内压力与系统相同后乳化液才通过阻尼孔产生压降小阀芯打开，而该容腔的体积较大，这无疑会降低阀芯的灵敏度，延长小阀芯的开启时间。故应该通过结构优化降低该容腔对小阀芯的影响，原先的阀套设计为直接将阻尼孔削平来为小阀芯容腔供液，而将该部分只去除阻尼孔所在区域，留一部分来将阀套与阀体形成容腔与液控单向阀反向进油口隔离来。 这样既可以避免阀套与阀体形成容腔对小阀芯开启过程的影响，又可以提高小阀芯开启时间和灵敏度，同时并未增加阀套的复杂程度。  将阀套优化后阀套部位的速度矢量放大图，阀套优化后小阀芯容腔的压力分布与优化前相比变化不大，但是阀套优化后乳化液直接流入阀套阻尼孔，乳化液峰值流速约为166m/s，与优化前乳化液流速差不多。且相比于优化前，小阀芯阀口处乳50化液流速变化不大，但是阻尼孔内的旋涡现象变弱，减少了压力消耗。可见优化后消除了阀套与阀体形成容腔对小阀芯的影响，提高了小阀芯的灵敏度，缩短了小阀芯的打开时间。本节通过对液控单向阀小阀芯的三维流场进行仿真，对其压力和速度分布进行分析，找出容易发生气穴和噪声的部位，发现阀套与阀体形成的容腔容易延长小阀芯的开启时间并提出优化措施。

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