二通插裝閥進(jìn)出口壓力流量特性研究

二通插裝閥進(jìn)出口壓力流量特性研究

1系統(tǒng)內(nèi)部流道仿真20世紀(jì)80年代，由于自身的巨大流量，其次，通插座裝置可以在高壓下工作，這一特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于需要高壓流量的能源系統(tǒng)。由于二通插裝閥相對(duì)普通閥而言其內(nèi)部流道非常復(fù)雜,因此也造成了內(nèi)部流道能量損失的復(fù)雜性。在早期的研究中,文獻(xiàn)2閥口過流面積插裝閥閥口壓差流量理論計(jì)算公式式中:Q—流量,L/min;CA(x)—閥口過流面積;ρ—液壓油密度,kg/mΔp—進(jìn)出口壓力差,Pa。3插裝閥內(nèi)部流道三維建模對(duì)外流式二通插裝閥,如圖1所示。通徑40mm,閥口錐角450,工作時(shí)流體經(jīng)過閥芯底部錐角和閥套所形成的間隙,由閥套上的小孔流入閥套與閥座之間的內(nèi)腔,然后由出口B流出。對(duì)插裝閥內(nèi)部流道進(jìn)行建模時(shí),忽略閥道內(nèi)部的微小尖角對(duì)流體流動(dòng)的影響。采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)內(nèi)部流道三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,設(shè)置網(wǎng)格尺寸intervalsize為1,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為33786,基本單元為159774個(gè)。進(jìn)出口分別設(shè)置為壓力入口、壓力出口,并指定區(qū)域類型,導(dǎo)出mesh文件到Fluent軟件,在計(jì)算過程中對(duì)流體和流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行如下設(shè)置:流體為不可壓縮牛頓流體,流體密度為900kg/m4不同閥口開度對(duì)插裝閥內(nèi)部流道壓力損失的影響閥口完全開啟情況下,壓力流量曲線,如圖2所示。由圖2可知,仿真結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值,說明所建三維流道模型比較準(zhǔn)確。在不同閥口開度下,壓差在(0.2~1)MPa之間變化時(shí),流量仿真和計(jì)算結(jié)果,如圖3所示。由圖3可知,閥芯在各開口度下,其計(jì)算流量大于仿真流量,而且隨著閥口開度的增大,仿真曲線和計(jì)算曲線之間的差值也在逐漸增大,當(dāng)閥芯開口為8mm時(shí)其差值達(dá)到10%左右。由上面的分析可知,隨著閥口開度的增大,理論公式計(jì)算流量值的偏差在增大,因此,十分有必要對(duì)產(chǎn)生這種偏差的原因進(jìn)行分析研究,并尋找減小這種誤差的方法。相同壓差下,插裝閥開口度分別為3mm、5mm、8mm時(shí)三維流道中心截面的壓力云圖,如圖4所示。由圖4可知,流體在閥腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)出現(xiàn)多次壓力損失。節(jié)流口處壓力隨著閥口開度增大而減小,閥芯開口度為3mm時(shí)其壓力損失主要發(fā)生在閥芯端部錐角與閥套形成的節(jié)流口進(jìn)口1處;閥芯開口度為5mm時(shí),壓力損失主要在節(jié)流口進(jìn)口1和出口2處;閥芯開口度為8mm時(shí),壓力損失主要分布在節(jié)流口進(jìn)口1、出口2處以及閥套上的通油小孔3處。由此可知,隨著閥芯開度的增大,插裝閥內(nèi)部流道壓力損失的位置逐漸由節(jié)流口兩端向閥出口處轉(zhuǎn)移。進(jìn)出口壓差為1MPa時(shí),仿真得到的進(jìn)出口和節(jié)流口兩端壓差隨閥口開度變化,如圖5所示。由圖5可知,隨著閥口開度的增大,進(jìn)出口兩端壓差基本不變;當(dāng)閥口開度小于4mm時(shí),節(jié)流口兩端壓差無明顯減小,當(dāng)閥口開度大于5mm時(shí),節(jié)流口兩端壓差快速減小。結(jié)合圖4和圖5的分析結(jié)果可知,在進(jìn)出口壓力差一定的條件下,隨著閥口開度的增大,節(jié)流口處壓力損失逐漸減小,又由公式(1)可知,理論計(jì)算公式是將整個(gè)進(jìn)口到出口流道簡(jiǎn)化為薄壁小孔,即以進(jìn)出口之間的壓力差替代節(jié)流口處壓差計(jì)算通過閥口的流量,因此,隨著閥口開度的增大,會(huì)導(dǎo)致理論計(jì)算誤差的增大。5不同開口度下的二通插裝閥壓力變化規(guī)律工程中,常借助閥口理論壓力流量公式建立二通插裝閥的數(shù)學(xué)模型,對(duì)于理論計(jì)算公式中的流量系數(shù)C由式(2)可知,可以通過擴(kuò)大通油孔過流面積A(x),或者增加通油孔個(gè)數(shù)來減小單一通油孔處流量,來降低閥套通油孔處的壓力損失ΔP。在二通插裝閥進(jìn)出口壓差一定條件下,節(jié)流口處壓降所占比例上升,結(jié)合理論公式的推導(dǎo)原理,可知這種方法能夠有效減小理論公式計(jì)算壓力流量曲線和實(shí)際曲線之間的誤差。以開口度為8mm時(shí)為例,研究了增加閥套上通油孔個(gè)數(shù)優(yōu)化方法的可行性,此處通油孔個(gè)數(shù)比原來多了兩個(gè)。閥口開度為8mm情況下,如圖6所示。壓差在(0.2~1)MPa之間變化時(shí),優(yōu)化前后二通插裝閥進(jìn)出口壓降和流量關(guān)系曲線圖。由圖可知,理論公式計(jì)算壓力流量特性曲線和改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的仿真壓力流量特性曲線更接近,有效控制了理論公式和實(shí)際值之間的誤差,驗(yàn)證了上述優(yōu)化方案的可行性,同時(shí)通過結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化避開了通過復(fù)雜實(shí)驗(yàn)獲取不同場(chǎng)合下流量系數(shù)C6口處壓力損失特性(1)建立了二通插裝閥內(nèi)部流道的三維模型,并驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。(2)結(jié)合閥內(nèi)部流道流場(chǎng)分析,得出二通插裝閥節(jié)流口處壓力損失特性對(duì)進(jìn)出口壓力流量特性曲線具有重要影響。(3)結(jié)合理論公式推導(dǎo)原理,以及節(jié)流口處壓力損失特性,揭示了隨閥口開度增大,閥進(jìn)出口理論公式計(jì)算壓力流量特