基于FLUENT的射流管伺服阀前置级放大器流场的数值仿真

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1、２０１６年２月机床与液压Ｆｅｂ?２０１６第４４卷第４期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４４Ｎｏ?４ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１６?０４?０１３基于ＦＬＵＥＮＴ的射流管伺服阀前置级放大器流场的数值仿真赵康，傅连东，湛从昌，靖保平，龚云（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉４３００８１）摘要：利用ＦＬＵＥＮＴ软件对射流管伺服阀的前置级放大器的流场进行数值仿真，获得射流管放大器喷嘴在不同结构参数下的恢复压力和流量，并建立恢复压力和恢复流量的数学模型，为射

2、流管伺服阀的设计及性能预测提供了参考依据。关键词：射流管伺服阀；数值仿真；恢复压力；数学模型中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１６）４－０４１－３ＦｌｏｗＦｉｅｌｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＪｅｔＰｉｐｅＳｅｒｖｏＶａｌｖｅＰｒｅｓｔａｇｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒＢａｓｅｄｏｎＦＬＵＥＮＴＺＨＡＯＫａｎｇ，ＦＵＬｉａｎｄｏｎｇ，ＺＨＡＮＣｏｎｇｃｈａｎｇ，ＪＩＮＧＢａｏｐｉｎｇ，ＧＯＮＧＹｕｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，

3、ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｂｅｉ４３００８１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｒｏｕｇｈＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｊｅｔｐｉｐｅｓｅｒｖｏｖａｌｖｅｐｒｅｓｔａｇｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｅｓ⁃ｓｕｒｅａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｆｌｏｗｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｏｚｚｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ

4、ｌｍｏｄｅｌｓｏｆｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｒｅ⁃ｃｏｖｅｒｙｆｌｏｗｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｊｅｔｐｉｐｅｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｊｅｔｐｉｐｅｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ射流管伺服阀因具有抗污染能力强、不易堵塞、矩马达电磁力矩作用下绕某一中心点偏转，偏

5、离中位维护容易、工作可靠性高等突出优点，目前广泛应用一定角度，从而使两个接收孔恢复压力发生变化，在［３］在国外航空、航天、军用战机等高安全领域中，在其压差作用下驱动滑阀阀芯运动。阀芯的移动距离通他工业领域中射流管伺服阀的应用也越来越广过位移传感器反馈到控制中心（或通过机械反馈）［１－２］泛。射流管放大器作为射流管伺服阀的前置级，最后到达稳定状态，伺服阀工作在某一固定位置，得流场的流动状态非常复杂，传统的方程很难描述其数到与输入电信号成正比的输出流量。学模型，无法进行精确的理论分析，射流管阀的性能主要靠经

6、验和试验设计、预测。文中从喷嘴长度、喷嘴锥角、喷嘴至接收孔的距离、喷嘴出口尺寸等参数方面，对射流管放大器的流场特性进行了数值仿真，获得射流管放大器在不同情况下的恢复压力、恢复流量，基于流场仿真结果获得射流管放大器的的静态特性数学模型，从而为射流管伺服阀的结构设计与优化提供参考依据。１射流管伺服阀结构及工作原理射流管伺服阀由力矩马达、射流管放大器和滑阀组成，其工作原理如图１所示（图中力矩马达等省略），其中射流管放大器的设计是关键。射流放大器图１射流管工作原理由一个射流口和两个接收孔组成，当无伺服控制电信射

7、流管喷嘴组件和接收器构成的射流放大器是射号输入时，射流口处在中位，两个接收孔中的恢复压流管伺服阀的前置级，它存在两次能量转化，喷嘴把力相等，伺服阀第二级滑阀不动，没有控制流量输液体压力能转化为动能，再由两个接收管把动能转化出。当伺服控制电信号加至线圈时，射流管组件在力为驱动主阀芯所需的压力能，此过程涉及复杂的流体收稿日期：２０１４－１２－３０基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４７５３３８）；湖北省自然科学基金创新群体项目（２０１４ＣＦＡ０１３）作者简介：赵康（１９９０—），男，硕士研究生，研究方向

8、为机电系统动态设计及故障诊断。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｋａｎｇ１２２４＠１２６?ｃｏｍ。·４２·机床与液压第４４卷动力学问题，传统理论分析方法是无法进行准确分析选取喷嘴出口尺寸为０?３ｍｍ×０?６ｍｍ，射流管的。所幸随流体仿真软件（如ＦＬＵＥＮＴ）的发展，计喷嘴至接收孔距离为０?７ｍｍ，喷嘴锥角为１３?４°。射算精度完全能够满足工程研究需要。流管喷嘴长度分别为０?１、０?２、０?３、０?４、０?５ｍｍ２射流管放大器的流场解析情况下恢复压差随喷