滑阀节流槽阀口的流量控制特性

提出以节流槽内节流面的串并联效应确定二节矩形节流槽阀口面积的原则,推导出阀口面积的计算公式并编制了阀口面积的计算程序;在此基础上对二节矩形节流槽的流量特性进行了试验,试验表明二节矩形节流槽阀口的流量系数是单节矩形槽阀口流量系数的组合,流量系数在阀口开度较小或接近全开时流量系数快速增大,在阀口开度中间区段流量系数较小,在二节节流槽的交界处流量系数增大,流出节流槽方向的流量系数比流入方向约大0.1;提出了反映节流槽阀口流量控制特性的参数阀口流量面积Aq,阀口流量面积为阀口面积和流量系数的耦合函数,与阀口面积及流量系数传统概念相比,阀口流量面积更加合理地表征了阀口几何面积和阀口形状对流量的控制作用.     

节流槽阀口静态流动特性研究

研究了3种具有代表性结构特征节流阀口的静态流动特性。采用流场仿真分析了阀口处的压降分布特性,并描述了节流面位置随开度的变化过程。推导了阀口过流面积公式,分析了3种节流阀口的节流特征。从流量-压差特性出发,结合试验研究和理论分析,推导出了流量系数与雷诺数的数学关系式,得到了流量系数稳定值Cdst,并探讨了流量系数随开度的变化规律。在理论计算值和试验结果相互吻合的基础上,进一步研究了阀口稳态液动力和节流刚度特性,并利用试验测量结果验证了其正确性。研究表明:球形槽的通流能力强,初始段流量系数大,适用于需要快速建立系统压力的情况;三角形槽节流刚性足,流量增益平稳,适用于需要精确控制的场合;渐扩U形槽既能保证启闭时的灵敏性,也能满足运行的平稳性。     

异型分压阀口节流槽节流特性研究

异型分压节流槽在分散节流阀口压降集中,减小阀口空化剧烈程度方面具有非常重要的意义。通过分析U型和V型分压节流阀口各自通流截面的水力直径D h,得出了U型节流槽和V型节流槽通流能力方面的差异。通过两种节流槽节流特性的研究发现:对于U型节流槽,当处于较大阀口开度时,其通流能力受到限制,会出现通流性能饱和现象;而对于V型节流槽,其水力直径D h与阀口开度X具有较好线性关系,并且其流量可控性要好于U型节流槽。另外从异型节流阀口的特点出发,推导了适用于分压节流阀口的空化特性计算公式,并在此基础上发现当阀口体积流量Q方向相反时,在阀口过流截面上的空化特性是有差异的;当液流体积流量Q从较大过流截面A1流向相对较小的过流截面A2时,在节流主要截面A2附近的空化指数σ要明显大于当体积流量翻转时在A2附近的空化指数;并从理论上解释了该现象的产生原因。     

调节阀流量特性分析及网孔型套筒阀优化计算

利用CFD技术,模拟计算了两种调节阀简化模型的流量特性曲线,其中扇形模型的流通面积与行程之间是线性关系,而环形模型的流通面积与行程之间是平方关系。针对一种工程应用的网孔型套筒阀提出了优化方案并比较了优化前后的流量特性,优化前的网孔型套筒阀网孔数量均匀分布,而优化后的网孔数量逐渐递增。结果表明,扇形模型的流量特性曲线接近直线型,而环形模型的流量特性曲线接近对数型;优化前的网孔型套筒阀的流量特性曲线为直线型,优化后则为抛物线型,可以满足其他的流量调节需求。     

双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究

为探索将潜水电泵和双向流道泵装置结合在一起的双向流道潜水电泵系统,通过CFX软件对该系统进行全流道数值模拟,获得了系统内的流动特性,并预测了泵装置的水力性能。对进水流道内加设不同导流措施的水流特性进行了分析,结果表明,加设椭圆线导流锥的进水流道出口流速分布均匀度效果最好,能够防止有害旋涡,保证水泵运行的进水条件。应用特别设计的、单边18°的大扩散角出水室,有效地抑制了脱流和水力损失,确保水泵系统整体效率水平。在高精度水力机械试验台进行了模型试验。试验结果表明,泵装置扬程为3.11 m,流量为256 L/s,泵装置效率达到71.9%,正、反向分别高于可逆式双向潜水泵装置7和13个百分点。说明双向流道配立轴潜水泵装置具有良好的工程应用价值。模型试验结果和性能预测结果在高效区范围内吻合,数值计算得到较好的验证。     

大型立式轴流泵装置流道内部流动特性分析

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,采用CFX软件计算了额定转速下180～340 L/s流量范围内6个工况点的立式轴流泵装置内部流动,分析了进水流道和出水流道的流动特性,重点研究进口流动细部结构,同时预测了泵装置的水力性能.计算结果表明:叶轮旋转对进水流道出口轴向流速分布和切向流速分布的影响较小.导叶出口环量对出水流道的流场影响较大,导致隔墩两侧流量分配不均,大流量时隔墩两侧水流流态比较平顺,而小流量时隔墩右侧流道内出现螺旋状水流,两侧水流严重不均衡.通过计算预测了泵装嚣水力性能,并与泵装置模型性能试验结果进行了对比,表明最优工况时数值模拟与试验结果吻合较理想,可以满足工程实际的需要.     

单级与多级侧流道泵内部流动特性

为了研究前置离心叶轮对侧流道泵性能以及内部流动特性的影响,基于SST-SAS湍流模型,对不同工况下单级以及多级侧流道泵内部流动进行三维非定常数值模拟,研究了单级与多级侧流道泵扬程、侧流道泵叶轮进出口压力、侧流道间的质量交换以及旋涡结构分布特性.结果表明:添加前置离心叶轮后的多级侧流道泵扬程整体有所提升,侧流道叶轮的进口压力提升了20%,叶轮与侧流道之间的质量流量也提升了约20%,多级侧流道泵叶轮内涡团分布与单级泵分布规律基本相同,添加前置离心叶轮对侧流道泵内部流动影响较小.研究结果为后续多级侧流道泵的空化研究以及结构优化提供了参考.     

超高压气动加注阀流量特性试验研究

以预混高压气体加注为工程背景,对超高压气体精确加注的关键元件——超高压气动加注阀的流量特性进行了试验研究。利用杠杆原理和自密封结构设计,解决了超高压气动加注阀阀芯驱动力大、响应速度慢和高压气体泄漏的难题,设计出中低压小流量控制高压大流量的超高压气动加注阀。阐述了气动加注阀阀口流量特性的试验装置和测试系统,建立了阀门不同开度下的加注阀流道简化模型,在加注压力大于10 MPa条件下,对气动加注阀在不同阀口节流面积下的流量特性进行了试验研究。试验表明,储罐气体背压增长率和阀门开启高度对阀口流量特性影响较大;阀门开度较大时,阀口流道可简化为两级节流口串联,流量特性与理想收缩喷管相符,临界压力比在0.5左右;阀口开度较小时,阀口流道可简化为三级节流口串联,流量特性比较独特,临界压力比在0.3左右;增大阀门开度和加注压力是提高瞬时流量和流量系数最为有效的方法。     

2D电液伺服流量阀特性研究

提出了2D电液伺服流量阀设计方案,应用磁栅霍尔传感器检测比例旋转电磁铁的角位移,并与输入控制信号对比,形成角位移信号闭环反馈;采用变传动比拨杆拨叉驱动机构,结合2D控制技术将旋转电磁铁角位移比例转换为阀芯轴向位移,斜槽敏感通道形成位置闭环反馈,提高了其控制精度和抗污染能力。建立了该阀的数学模型,对整个系统进行了仿真分析,并设计样机,进行了实验研究,实验结果表明:当工作压力为35 MPa、阀芯行程为0.8 mm时,其频宽约为120 Hz,阶跃响应5 ms,6 mm通径阀流量达60 L/min,且其质量仅为同级别阀的1/3左右,适用于机载液压系统。     

迷宫式滴头内流动的有限元数值分析

借助笛卡尔坐标系下时均 Navier Stokes方程 ,采用加罚有限元数值方法模拟了“圆弧型迷宫”式滴头内流动场。在数值计算的基础上 ,对滴头内流动场进行了分析。并针对防堵塞要求 ,对该滴头进一步优化设计提出了合理建议     

三角阀片式可调油气弹簧旁通阀流量及阻力特性试验

给出了油气弹簧结构原理图，通过油气弹簧活塞与活塞杆的受力分析，对三角形节流阀片建立了力学模型，对三角形节流阀片的弯曲变形进行了分析，根据旁通阎打开时对油气弹簧所要求的阻尼比，对可调油气弹簧的最大开阀速度和开阀压力进行了分析，对旁通阀的流量进行了设计研究，最后，对油气弹簧阻力特性进行了数字仿真分析和台架试验。由仿真和试验结果可知，旁通阀的流量设计是正确的，旁通闽流量影响可调油气弹簧的阻尼特性。     

离心泵小流量工况下的内部流动特性

为研究离心泵在小流量工况运行下性能及其内部流动特性,以型号为IS160-50-65的离心泵为研究对象,采用商用化软件Ansys CFX 12.0对模型离心泵的叶轮进口、叶轮流道以及蜗壳流道组成的全流场进行定常数值计算.同时,为了提高数值计算的准确性,考虑采用3种不同的网格数对模型离心泵的扬程进行网格无关性分析.且从离心泵的外特性及其内部流场分析了不同小流量工况下离心泵性能的变化规律.研究结果表明:与试验结果相比,设计工况下,扬程预测偏差为1.47%,效率预测偏差为3.61%;且随着流量降低,计算扬程的偏差值呈一定的下降趋势,计算效率的偏差值逐渐增大.另外,在设计工况下,离心泵的内部流动比较均匀;而在小流量工况下,离心泵进口管道及叶轮流道均出现回流现象,而回流引起的旋涡流有时甚至会堵塞叶轮流道;在极小流量Q/Q_d=0.2时,回流区域已延伸至全部的进水管路中.     

套筒开孔对双层套筒阀流动特性的影响

为了研究内外层套筒小孔孔径对双层套筒阀流量系数和压降流动特征的影响,采用计算流体动力学方法,建立了稳态可压缩过热蒸汽流动的数值模型.对比分析了全开工况下不同内外层套筒开孔孔径组合模型流量系数和压降流动特性的差别.结果表明：内外层套筒不同孔径对于每层套筒的压降有明显影响,内外层套筒开孔孔径等比例放大对每层套筒压降几乎没有影响.只增大外层套筒孔径时,套筒间隙处流体流速不断增大;内外层套筒孔径等比例放大时,套筒间隙处流速变化波动减小.当双层套筒阀需要小幅度提升流量系数时,可以增大外层套筒开孔孔径;当双层套筒阀需要大幅度提升流量系数时,可以对内外层套筒开孔孔径同时等比例增大.研究结果对于套筒阀套筒开孔孔径的设计具有一定的指导意义.     

比例阀异形阀口流量特性PIV可视化实验研究

以比例阀异形阀口的流量特性为研究对象,搭建了U形、V形、圆头渐扩形节流槽阀口结构的数学模型,并进行了仿真与实验研究,分析了异形阀口在不同压差及不同开口度条件下的流量特性,得到了圆头渐扩形阀口形式具有较好的流量控制线性度。采用相似实验的方法,按雷诺相似准则设计比例阀实验模型,并选用纯水为介质,利用2D-PIV流场测试技术对异形阀口流场特性进行了可视化实验研究,得到了圆头渐扩形阀口不但具有较好的流量特性,并且降低了旋涡的面积与强度,预期会产生较小的流动损失。     

直流式迷宫调节阀流道降压流动特性及临界空化预测

针对高降压、高速流的直流式迷宫压力调节阀阀芯内部流道空化损伤失效现象,基于临界空化压力预测方法进行流体力学计算,结合Mixture多相流中的Schnerr-Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,数值模拟了偶数级数2N(N=1,2,3,4)流道在不同出口压力(0.1~0.8 MPa)下的临界空化进口压力,并分析了八级流道的压力、速度、相分率等参数的变化规律.研究结果表明:除进口级数外,流体经过垂直于进口流动方向的级数后才会产生旋涡,旋涡的产生会导致能量耗散和降压;在出口近壁面处,旋涡形成的低压区低于流体的饱和蒸气压,发生了局部空化;相同流道级数递增出口压力下的临界空化压差呈现线性函数增长趋势;相同出口压力递增流道级数下的临界空化压差呈现指数函数增长趋势.因此,可根据涡流能量耗散降压原理及临界空化线性、指数趋势线方程在改进优化迷宫流道结构设计促进涡流产生的同时选择合适的工况压力和流道级数来避免空化.     

离心泵叶轮内变流量流动特性的数值模拟

对一离心泵变流量时叶轮内部流动进行了数值模拟。计算过程中采用标准κ—ε二方程紊流模型,SIMPLEC算法。结果表明,设计流量时,流道入口段在流道的吸力面附近流体的相对速度比压力面附近大,在流道出口段压力面附近流体的相对速度比吸力面附近大;流量大于设计流量时,在流道入口段中线附近区域流体的相对速度较大,压力面和吸力面附近流体的相对速度均较小;流量小于设计流量时,流道入口段的吸力面附近出现空穴或旋涡,流道出口压力面附近有回流。大流量时流道出口的“射流／尾迹”减弱,小流量时流道出口的“射流／尾迹”增强。     

基于有限元的节流截止放空阀结构分析

课题组提出了一种新型输油管道控制阀门——高压力大口径节流截止放空阀。该阀门是石油、天然气长输管线的关键设备,市场潜力巨大,应用前景广阔。根据不同工况,课题组利用有限元软件ANSYS,分析阀体关闭状态的应力与变形受力情况。试验结果表明,放空阀的整体性能良好,各项指标均符合设计要求。     

一种节流截止放空阀的设计研制

本文研制的24"-900LB节流截止放空阀是专为石油、天然气、成品油管线输送系统而开发的启、闭阀门装置,具有节流、截止、放空等性能,可为管道维修、紧急放空时使用。该阀门的成功研制可以体现技术研发能力,提高阀门产品的市场竞争力,对我国阀门行业在高技术、精加工等领域和对外贸易方面意义重大。     

基于比例流量阀的油缸同步运动控制算法及参数优化

针对某车辆摆臂油缸同步控制需求,介绍了几种常用的油缸同步控制方法。以比例流量阀和嵌入式控制器实现的双油缸同步控制系统为例,分析电控闭环控制过程中精度的影响因素和参数优化方法。     

低扬程大流量泵装置马鞍区的流动特性

运用数值模拟与模型试验相结合的方法,采用计算流体动力学软件Fluent,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对轴流泵模型装置20%～130%额定流量工况点的外特性进行了数值模拟,并将计算结果与模型试验结果进行对比.通过对设计工况和小流量马鞍区工况下CFD流态图样的对比分析,对马鞍区的流动特性进行了研究.结果表明：在50%～65%设计流量区域存在轴流泵的运行不稳定马鞍区;小流量工况下泵室内转轮进出口均存在大范围的回流和旋涡,激烈的能量交换是轴流泵出现不稳定区、装置无法稳定运行的主要原因;数值模拟与模型试验结果吻合较好,整体误差不超过5%,由此证明了数值模拟的有效性和准确性.