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《阀口高速流动中的气穴观测与流场分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2006年第7期液压与气动29阀口高速流动中的气穴观测与流场分析傅新,杜学文CavitationObservationandFlow2fieldAnalysisofHigh2speedFlowinsideThrottlingGrooveFUXin,DUXue2wen(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)摘要:通过高速摄像和压力分布测量等方法从实验和仿真两方面对节流槽内高速流动中的气穴现象进行了研究,并建立了槽内流动模型。研究发现,节流槽内由于高速流动和流体脱离而产生的低压区是造成气泡流产生的根本原因,压力分布对气穴与噪声特性有
2、直接的影响,节流槽结构通过压力分布决定了气泡的尺度大小和成长过程。该研究对于建立基于流场仿真预测阀口气穴的方法,以及对液压元件的噪声控制具有重要价值。关键词:节流槽;压力分布;气穴;噪声中图分类号:TH137.5文献标识码:B文章编号:100024858(2006)07200292030前言芯直径所唯一确定,但是这些参数描述V形槽不够直非全周开口滑阀是液压阀基本结构形式之一,即观,而且参数太多。从V形槽的对称面上看,V形槽是在滑阀凸肩圆周上均布不同形状的小槽及其组合形底边为圆弧的楔形。在本文中,节流槽长度和阀芯直径式,如三角槽、矩形糟、半圆槽等,一般
3、用于节流控制。保持不变,取楔形角W、节流槽夹角D两个特征参数,工作时液压油从高压部分经过节流口流向低压时,流可以直观地描述V形槽的形状大小。V形槽的楔形角速急剧加快,收缩面处的压力迅速低于空气分离压而定义为V形槽底边端点连线与阀芯轴线的夹角。产生气穴。由于流道尺寸小、工作压差大、阀口流速图1中标注出了节流槽过流面积A10、A1、A2,x高,使得从气泡微观层面上研究液压元件中的气穴现为阀口开度。在流入阀腔时,阀芯凸肩上的节流槽进象非常困难。行节流控制,液流由高压经A2→A1→A10到回油腔。对于狭小流场内高速流动中气穴噪声问题,[1]Frank对滑阀内
4、气穴流与压力波动间的关系进行了[2]研究。B.Umesh研究了超音速冲压喷射装置中不同长径比(L/D)的孔内气穴噪声及振动问题。[3]UENO研究了溢流阀流道结构对噪声的影响并进行了流场仿真。文献[4]用高速摄像的方法观察了射流放水阀内的旋涡空化现象。国内外研究都表明液压流2气穴噪声测量道内部结构及流动参数的变化所导致的气穴与噪声之2.1测量系统间的关系一直是普遍关注而未能根本解决的问题,而对于气泡流可视化观测试验,模型阀由透明有机对于狭小孔隙流场内部的高速流动现象,流场变化非玻璃(PMMA)制成,内流道尺寸与原型阀相同,以便常复杂,用一般的理论方法
5、很难直接解析,必须借助仿内部流场的变化更接近真实流动情况。孔隙过流面积真及实验手段深入流场内部进行研究。可通过阀芯前后移动的距离来调节,内部压力分布测本文对节流槽的一种结构(V形槽)在流入阀腔时阀口压力分布,气穴形态和噪声的相关关系进行了研究,研究结论对于液压阀的噪声控制具有重要的作用。收稿日期:20062042081节流槽流动模型作者简介:傅新(1961—),男,四川内江人,教授,博士,主要V形槽是由加工刀具回转中心位置、刀具夹角、阀从事流场可视化流体振动及流动噪声控制等方面的研究。30液压与气动2006年第7期量及实验装置的布置图见参考文献[5]
6、。流场仿真中主要参数取值为:进口压力3MPa,出口压3数据采集系统中,用高速摄像机(Fastcam2Ultima力0.98MPa,油液密度ρ为889kg/m,运动黏度νAPX)和噪声频谱分析仪记录气穴图像和噪声。摄像机-52为4×10m/s,采用RNGk2ε紊流模型。图3给出最高拍摄速度可达120,000幅/秒。由于阀口气泡速度了V形节流槽在流入阀腔情况下的壁面压力分布曲极快,为了能拍摄到空化的瞬间形态并防止出现模糊影线,流场仿真与实测结果吻合良好,两者互相验证。像,需要极快的拍摄速度,因而需要高强度照明。采用小阀口开度下(x≤2mm),油液从阀腔流
7、入节流了一金属卤化物无频闪光灯,并配有专用高频稳流电孔时,流束急剧收缩,速度梯度迅速增加,从过流面A2源,用高倍聚光镜将光线汇聚到阀口处。调节镜头光圈流经A1的过程中,流线转折,在高流速下节流边后部和曝光时间使图像获得最好的清晰度和亮度值。极易出现流体脱离而成为阀内压力最低区。随着阀口在实验中,高速摄像的拍摄速度取24,000幅/秒,开度的增加,孔隙内沿程阻力逐渐消失,薄壁孔特征趋噪声频谱仪距被测阀体50mm,实验环境本底噪声值于明显,当背压较高时,在节流边后部出现压力超调,基本保持50±5dB,工作油温35±5℃。对气穴的成长起到一定的抑制作用。2
8、.1测量结果流动显示及噪声测量取入口压力为3MPa,在不同阀口开度和背压下进行测试。高速摄像采用10倍放大率
