分析气动系统二维非定常流场计算

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1、2010年8月机床与液压Aug．2010第38卷第l5期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．38No．15DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．15．027气动系统二维非定常流场计算朱冬，杨庆俊，包钢(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150080)摘要：以固定容积容器并带有一定长度管路和两个固定节流口的气动系统为研究对象，运用SIMPLE算法对其非定常二维流场进行数值计算。根据模型结构和尺寸特点，对其进行分区域网格化。计算结果与有限差分法的计算结果具有较好的一致性，验证该方法的正确性。该方法不仅可以计算出管路内流场情

2、况，而且可以计算出管路出口处的射流区流场，为详细研究管路的节流特性及流场参数分布提供参考。关键词：气动系统；非定常流场；节流口中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)15—086—3CalculationofTWO．dimensionalUnsteadyFlowFieldofPneumaticSystemZHUDong，YANGQingjun，BAOGang(SchoolofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHeilongjiang150080，Chin

3、a)Abstract：Based0nthepracticalconditions，thepneumaticsystemwastransformedtobeacontainerwithfixedcapacity，pipeandtwothrottleorifices．Thetwo—dimensionalunsteadyflowfieldwascalculatedwithalgorithmSIMPLE．Themodelwasdividedintofivedomainsaccordingtothemodel’Sgeometriccharacteristicsandflowfea

4、tures．Thedomainsweremeshedrespectively．Theresultsareconsistentwiththeresultscalculatedbyfinitedifferencemethod．Themethodcansupplytheflowfieldinsidethepipeandcangivethejetflowzoneattheoutletofthesystem．Themethodcalbethetheoreticalreferenceforresearchingtheflowfieldcharacteristics．Keywords

5、：Pneumaticsystem；Unsteadyflowfiled；Throttleorifice近年来随着气动系统的高速化和小型化及其在工图1所示。业、能源中越来越广泛的应用，人们对气动系统在运在作者的研究中设行过程(尤其是放气过程)中压缩空气的状态变化定：越来越关心～。在气动控制系统的设计及很多课题(1)系统中气体为图1气动系统示意图的研究中，例如气动系统的仿真研究和气动系统的结理想气体；露研究，都需要对气动系统进行流场计算。许多研究(2)模型中每个网格中压力、温度等为均匀分工作多是对管路进行一维流场计算，对气缸或容腔中布；的气体参数多采用集中参数法，因此不能了解

6、管路的(3)忽略重力的影响。径向参数分布以及节流口对管路流场的节流特性，难流体流动遵循的定律包括质量守恒定律、动量于满足实际需要。守恒定律、能量守恒定律等。如果流动处于湍流状作者建立了二维固定容积的气动系统的模型，将态，系统还要遵守附加的湍流输运方程。控制方程模型分区域网格，采用湍流K-a两方程模型，运用如下。SIMPLE算法对气动系统二维黏性流场进行了计算。(1)连续性方程该算法不仅解决了管路出口处的背压难以给定的问题，而且可以计算出口处的尾部射流区的流场，为研+(p／Zx)+杀(pu)+=0究管路的节流特性及流场参数分布提供了详细的数式中：P为容器内空气的密度，kg

7、／ITI；据。并且将计算结果和其他方法的计算结果进行对比r、为径向坐标、轴向坐标，m；说明了该方法的准确性。t为时问，s；1模型的建立、“分别为径向速度、轴向速度，m／s。实际的气动系统由气源、气缸、节流阀、电磁(2)轴向和径向的动量守恒方程阀、负载和管路组成。作者将气动系统简化为固定容积并带有一定长度管路和两个固定节流口的系统，如击()rrpu)+__1rda，(“)：收稿日期：2009—07—24作者简介：朱冬(1983一)，男，博士研究生，主要研究方向为气压传动与控制。E—mail：Winter—Zhu@yahoo．sum．cn。第