非全周开口的液压滑阀内部流场的CFD解析

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在流体传动和液压控制中，液压滑阀作为液压控制阀，在液压系统中得到普遍的应用。液压滑阀在液压系统中控制液压系统的压力、流量和方向，同时也带来了噪声和相应的能量损失，所以滑阀性能的好坏对整个液压系统的稳定性起着至关重要的作用。目前，越来越多的国内外学者，采用计算流体动力学的方法(CFD)对液压阀内部的流厨行了可视化分析，其中主要研究了阀内流体的速度分布、压力变化、能量变化以及阀口的气穴现象。CFD软件的运用，克服了传统理论计算的缺点，可以很好地指导实验研究，还可以模拟试验中只能接近而无法达到的理想条件。

本研究针对非全开口液压滑阀，对其内部流厨行 CFD解析，分析了滑阀阀腔内压力分布，速度分布，并且对阀芯的稳态液动力和滑阀进出口的压力损失进行了计算，为设计高效率、低能耗、低噪声的液压滑阀提供了重要 的理论意义。

1 滑阀的几何模型及 CFD模型滑阀的结构简图如图 1所示，其中进油口尺寸 c 10 mm，进油 口和出油口间距 b12 mm，出油口尺寸 口13 mm，阀芯阀杆直径 d18 mm，阀芯直径 D28 mm，阀座倒圆半径 e5 mm，阀座两倒圆距离.厂3miD，阀座圆半径 h5 mil， 为阀口开度。

图 1 滑 阀结构简 图因为滑阀流道内的几何模型较为复杂，所以采用三维建模软件 Pro/E建立滑阀的 CFD计算模型。由于该研究滑阀阀腔内的流动是对称的，考虑到运算时的时间和计算机的存储容量，所以可以取流动区域的- 半作为计算对象，如图2所示。

2 网格划分和计算条件2.1 网格划分大型商用软件 HyperMesh具有强大的有限元网格划分功能，这里运用 HyperMesh对模型进行网格划分。

收稿 日期：2012-11.12基金项目：国家 自然科学基金(50875122)；江苏势技支撑项目(BE2011187)作者简介：高俊庭(1988-)，男，江苏南京人，硕士，主要从事流体微尺度流动和液压控制方面研究工作。

液压与气动 2013年第5期阀处于稳定开口时，因流人阀口液流流速的大序方向发生变化而作用在阀芯上的附加力，研究表明稳态液动力总是有使阀口关闭的趋势。作用在滑阀阀芯上的稳态液动力可由动量定理求出为：Fwpq(v2COS 90。-V1COS 0)-pqvlCOS 0 (1)式中， 为节流口处流速； 为出口流速；0为射流角。

图6所示为滑阀分别在进口流量为50 L/min，100L/min，150 L/min时，阀口处于不同开度下的稳态液动力仿真结果和计算结果的比较曲线，可以看出 CFD的仿真计算结果和理论计算结果基本趋势-致，并且数值接近，从而验证了 CFD仿真运算滑阀稳态液动力的可行性。

从图 6中可以看出，在阀口开度相同时，流量越大，阀芯所受到的稳态液动力越大。在流量相同时，阀口开度越大，阀芯所受到的稳态液动力越校当阀口开度为 1 mm到3 mm时，稳态液动力的变化显著，当阀口开度为3 mm到6 mm时，稳态液动力的变化率趋于平稳 ，这是由于阀口开度小时，节流口的节流特性显著，流速急剧增大所致。所以在滑阀工作中要注意工作流量大，阀口开度小时稳态液动力的控制。

100歪80R 60羹4o鬟0 1 2 3 4 5 6阀口开度X/m图6 滑阀在不同流量不同开度时的稳态液动力3.3 压 力损 失液压油从滑阀进口到出口，由于进 口节流槽处的节流特性，油液在滑阀阀腔内的黏性摩擦和涡流能耗，会产生-定的压力损失，导致出口压力降低，有时会影响液压系统的正常工作。在前文流场分析中，可以知道大部分的压力损失在滑阀节流口处。因此，可由公式(2)反算得出节流口前后的压力损失：q CdA 2△p/p (2)式中，C 为流量系数；卸 为节流口前后压力损失；g 为进口流量；P为油液密度；A. 为节流槽阀口等效面积：节流槽阀口面积等效原理如图7所示，其中串联的两个面积为-个节流槽的两个节流面面积，并联的为不同节流槽的两个节流面面积。

厂 1 1 、2、 j (3)图 7 节流槽 阀口面积等效原理图8为滑阀在不同流量，不同开度下的压力损失的CFD仿真值与理论计算值的比较曲线。从图中可以看出，在阀口开度相同时，流量越大，滑阀进出口压力损失越大。在流量相同时，阀口开度越大，滑阀进出口的压力损失越小，这是由于随着阀口开度的增加，滑阀节流口处的压降在不断减小，当滑阀开度为 5 mm之后，滑阀进出口压力损失已经很小，几乎不会影响液压系统的性能。从图8中还可以看出 CFD仿真结果和理论计算结果趋势基本-致，并且数值接近，但理论计算值总是小于 CFD仿真计算值，这是因为理论计算中只计算了节流口前后的压力损失，并没有考虑阀腔内涡流和油液黏性摩擦的影响。由此，可以看出在滑阀中，滑阀进出口的压力损失主要集中在节流口处，滑阀阀腔内部的涡流和油液的黏性摩擦引起的压力损失只占很小-部分。

1242013年第 5期 液压与气动 61DOI：10.1 1832/j.isn.1000-4858.2013.05.016变位系数对齿轮泵困油的影响吴炳胜 ，王 建 ，马 戎 .李晓松Trapped Oil in Gear Pump Influenced by Modification CoefficientWU Bing-sheng ，WANG Jian ，MA Rong ，LI Xiao-song(1.河北工程大学 机电学院，河北 邯郸 056038；2.中国冶金科工股份有限公司 国内工程管理部，北京 100028)摘 要：通过 Pro/e5.0软件对齿轮泵的困油容积进行虚拟测量，并将变位齿轮泵和非变位齿轮泵的困油容积变化进行对比，结果表明：采用变位齿轮的齿轮泵困油程度会得到-定减轻；对非变位齿轮泵来说，可以通过增加两个齿轮的安装中心距来缓解困油现象。

关键词：Pro/e5.0；困油容积；变位齿轮泵；困油现象中图分类号：TH137；TH325 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)05-0061-02引言齿轮泵虽然是-种结构简单，应用于普遍的液压元件，但是由于自身的结构和原理的局限，在进行作业时会产生困油现象，并伴有噪声和震动，污染工作环境，同时限制了其使用范围，如需要精密传动的设备，是不适合用齿轮泵的。为了提高齿轮泵的工作性能，不少学者都对齿轮泵的困油现象进行了研究，这其中包括卸荷槽的改进和齿轮参数的选择(有学者提出减小齿顶高系数可以缓解困油现象)，可是变位系数对齿轮泵 困油现象的影响很少提到，本研究就通过PRO/E5.0软件对齿轮泵的困油容积进行虚拟测量，并将变位齿轮泵和非变位齿轮泵的困油容积变化进行对比，分析变位系数对齿轮泵困油现象的影响。

1 困油容积的虚拟测量由于齿轮泵的困油容积等于困油面积与齿轮宽度的乘积，当齿轮的宽度选定后 ，容积就与面积成正比，所以困油面积的变化即可反映出困油容积的变化。

1.1 建立齿轮模型通过编程法”建立齿轮模型，具体操作可参照