对水压机主分配器内进水阀的数值模拟及结构改进

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1、水压机主分配器内进水阀的数值模拟及结构改进孔祥东张晓剑姚静李立丰(燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004E-mail:xdkong@ysu.edu.cnFax:0335-8069899Tel:0335-8074618)摘要：本文以当前常用的水压机主分配器的进水阀为主要研究对象，建立了其数学模型，基于有限元理论，利用CFD软件对进水阀和排水阀进行了内部流场的数值模拟研究，通过对进水阀内部流场的模拟分析，可知，目前常用的进水阀的引水孔结构不合理，容易产生气蚀，影响其使用寿命，而且出口速度变化范围大，不利于系统稳定。针对水阀的特点，对进水阀进行流场计算，并考虑过阀的压力损失，从

2、水力学的角度对该阀进行了优化设计。经过优化改进引水孔的倾斜角度，阀腔内压力均匀分布，出口速度变化缓和，性能得到改善。关键字：数值模拟；有限体积法；湍流；进水阀；CFD软件NUMERICALSIMULATIONANDSTRUCTUREIMPROVEMENTOFTHEINLETVAVLEINMAINDISPENSEROFTHEHYDRAULICPRESSKONGXiang-dong,ZHANGXiao-jian,YAOJing,LILi-feng(MechanicalEngineeringCollegeofYanshanUniversity,Qinhuangdao066004,H

3、ebeiE-mail:xdkong@ysu.edu.cnFax:0335-8069899Tel:0335-8074618)Abstract：Thispapertakesthecurrentcommonlyusedhydraulicpressinletvalveasthemainresearchobject,establisheditsmathematicalmodel,basedonthefiniteelementtheory,hasconductedtheinternalflowfieldvaluesimulatorstudytotheinletvalveusingCFDs

4、oftware.weknow,thestructureofdiversionporeofinletvalvecommonlyusedatpresentisunreasonable,sonovibrationgeneratedbycavitations.Aftertheoptimizedimprovementthetiltangleofdiversionpore,theinternalpressureofvalveevendistribution,theoutletvelocitychangetorelax,theperformanceisimproved.Keywords：N

5、umericalsimulation;Optimumdesign;Finitevolumemethod;Inletvalve;CFDsoftware0引言近几年，伴随着重工业和钢铁业的快速发展，国内液压机的数量不能满足市场的需要，尤其是大型液压机。许多大中型企业开始设计和制造大型液压机。就目前液压机设计可参考资料来看，主要是八十年代沈鸿主编的《12000吨锻造水压机》、俞新陆主编的《液压机》。水压机零部件的选择以中华人民共和国机械工业部发布的《水压机零部件》标准(1978)为蓝本。国内，水压机零部件的加工企业很少，而且大多是小作坊型，没有理论研究基础条件，许多水压机零部件生产

6、主要依靠传承下的老图纸以及聘请60、70年代的水压机设计者和使用者，致使水压机零部件的性能仍停滞于60年代水平上，跟不上当代越来越高大型压机的性能和技术要求。目前，水压机系统普遍存在以下问题：(1)水压机压力高、流量大，加上工作介质的特殊性，对零部件容易侵蚀，使其使用寿命短；(2)水压机零部件的承受工作压力往往低于设计压力，一般不能高于25MPa，否则，泄漏严重；本文分析水压机主分配器的进水阀，通过对进水阀内部流场的仿真分析，更直观地观察其内部的流体流动情况，从而指导进水阀的设计，提高其性能和使用寿命。论文基于建模软件GAMBIT和仿真软件FLUENT，主要针对阀体内部的压力

7、分布和速度分布两个方面进行研究。1数学模型的建立本文以水为介质进行仿真计算，其内部流动为湍流流动。由动量守恒定律得到不可压缩流体流动的Navier-Stokes方程[1]为：考虑到模拟过程中主要关心的是湍流要素的时均值，于是可将速度和压力的瞬时值分解为时均值和脉动值两项：则时均量表示的连续性方程为：动量方程为水阀内的方程和方程分别为：其中，为湍流中单位质量流体脉动动能的耗散率[2]，即各向同性小尺度涡的机械能转化为热能的速率，定义为：模型中经验常数的取值如表1所示。表1模型中的经验常数cμc1c2σkσ