【正文】 開啟 Fluent 軟件，將上一步保存的 Mesh 文件導(dǎo)入并設(shè)置一定的邊界條件等，單向節(jié)流閥的進、出油口直徑均為 10mm，設(shè)置其進流口壓力為 2Mpa,出流口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，將運算迭代次數(shù)設(shè)置為 200 次，進行迭代分析運算。不考慮液壓油重力的影響，流體在閥內(nèi)無熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。 ⑷ 譜方法： 譜方法是一高精度的計算方法。然后在滿足微分方程和相應(yīng)的邊界條件下，對全部子域進行積分，總體合成，并建立有限元方程組。有限元法求解問題時，將需要求解問題的區(qū)域進行離散化，即將求解城劃分為許多幾何形狀簡單規(guī)則的單元子域。它是采用分塊逼近的思想而形成的一種數(shù)值計算方法。有限差分法由于發(fā)展的比較早，其基本理論已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)完善，由一整套定性分析理論，易于構(gòu)造新的差分格式并能設(shè)計出所需要的差分格式。最后一步就是求解代數(shù)方程的問題。在此要選擇一個合適的差分格式對微分差分化。有限元法采用問題的變分原理或加權(quán)余數(shù)法來控制每一元素的近似解與真實解的誤差，其網(wǎng)格單元是非結(jié)構(gòu)形式的。 有限體積法建立離散方程的步驟為 ： ① 將守恒型的控制方程在任一控制容積及時間間隔內(nèi)對空間與時間積分。有限體積法也只是需要因變量的節(jié)點值，不考慮因變量在網(wǎng)格點之間的變化，利用插值函數(shù)只是用來計算控制體積的積分，得到離散方程，這點與有限差分法相似。將待解微分方程 (控制方程 )對每一個控制體積積分，從而得出一組離散方程。 ② 單 .元頂點型有限體積法。簡言之，有限體積法的基本方法就是子區(qū)域法加離散。此后，隨著非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的普及和通量算法的改進，在有限體積法的實現(xiàn)上有很大的豐富和提高，在計算流體力學(xué)中廣泛應(yīng)用，十分成功。目前廣泛使用的計算方法是 :有限差分法，有限體積法、有限元法和譜方法。 ⑾ 一維風(fēng)扇、熱交換器性能計算。 ⑺ 輻射換熱。 ⑶ 無黏流、層流和紊流問題。用戶也能打印或者存 儲一個包括當(dāng)前 case中的模型設(shè)定、邊界條件和求解設(shè)定等情況的摘要報告。求解的結(jié)果可以方便地顯示在不同的截面上，以便于分析，并且可以生成文字性的報告。 Fluent 求解器具有良好的人機界面，單位的換算有極大的靈活性，采用有限體積法作為求解 NS 方程組的方法，有“分離”和“ 耦合 ”兩種求解器，有多種紊流模型可以選擇，如 Spalart Allmaras 粘渦模型 ， 包括 standard k—— ε模型， realizable k—— ε 模型和 R\ G k—— ε 模型 ， 兩種 k—— ω 模型，雷諾應(yīng)力模型，大渦模型等等。對二維流動，可以生成三角形和矩形網(wǎng)格 。 (3) PrePDF — 用于模擬燃燒過程。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 24 Fluent 軟件根據(jù)用戶的需求，針對各種流動的物理問題的特點，用戶可采用不同的離散格式和求解算法，可使用單、雙精度計算，使計算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達到最佳。 (4) 顯示計算結(jié)果 計算結(jié)果一般通過圖表等方式顯示，這對檢查和判斷分析質(zhì)量和結(jié)果有重要參考意義。這里的計算方法不僅包括微分方程的離散化方法及求解方法，還包括貼體坐標(biāo)的建立，邊界條件的處理等。過去計算流體力學(xué)只是研究和發(fā)展部門的專家使用的工具，現(xiàn)在計算流體力學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和設(shè)計部門。在對某個方案進行具體設(shè)計階段時，計算流體力學(xué)更方便進行優(yōu)化設(shè)計。相對于實驗研究，具有成本低、速度快、資料完備、可以模擬真實及理想條件等優(yōu)點。由此可見， CFD 得到的不是傳統(tǒng)意義上的解析解，而是大量的離散數(shù)據(jù)。在流體力學(xué)基本方程中的微分和積分項中包括時間、空間變量以及物理變量。 計算流體動力學(xué)，就是在電子計算機上求解流體動力學(xué)基本方程的學(xué)科，通過數(shù)值求解各種簡化的或非簡化的流體動力學(xué)基本方程，獲取各種條件下流場的數(shù)據(jù)和作用在繞流物體上的力和熱量。 研究流體力學(xué)的方法一般是實驗研究、理論分析與數(shù)值模擬三種。安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 22 第四章 單向節(jié)流閥的模擬仿真 計算流體力學(xué)的特點 任何流體 運動的規(guī)律都是以能量守恒、動量守恒和質(zhì)量守恒三大定律為基礎(chǔ)的。下面將把單向節(jié)流閥的內(nèi)部簡化型腔和閥芯給大家介紹一下。設(shè)計者亦可裁減曲面、延長曲面、倒圓角及縫合曲面。 （ 5）特征管理器 特征管理器 (Property Manager)是 Solid Works 的獨特技術(shù)，在不占用繪圖區(qū)空間的情況下，實現(xiàn)對零件的操縱、拖曳等操作。對實體的放大、縮小和旋轉(zhuǎn)等操作全部是透明命令，可以在任何命令過 程中使用，實體的選取非常容易、方便。動態(tài)引導(dǎo)具有智能化，一般情況下無須用戶去修改。 Solid Works 軟件的特點： （ 1） 第一個在 Windows 操作系統(tǒng)下開發(fā)的 CAD 軟件，采用 Windows 系列，與 Windows 系統(tǒng)全兼容，是 Windows 的 OLE/2 產(chǎn)品。 （ 9） 自動恢復(fù)選項可以自動保存關(guān)于激活零件、裝配體或工程圖文件的信息，從而不會在系統(tǒng)死機時丟失數(shù)據(jù)。 （ 5） 您隨時可在設(shè)計過程中生成工程圖或裝配體。 （ 2） 通常， 您從繪制草圖開始，然后生成基體特征，并在模型上添加更多的特征。在結(jié)構(gòu)上主要采用了在節(jié)流閥入口設(shè)置固定節(jié)流孔和二級節(jié)流主閥口以減小氣蝕；閥心上加組合密封件減小泄漏和拉絲侵蝕；節(jié)流閥 芯尾端設(shè)置阻尼腔以抑制振動、噪聲，提高節(jié)流閥的工作穩(wěn)定性等措施。 針對油壓節(jié)流閥的振動、噪聲和工作穩(wěn)定性問題，相關(guān)文獻提出了多種解決措施，如減小錐閥半錐角、減小錐閥前腔體積、節(jié)流閥前腔加消振墊或消振塞等，但這些措施對于節(jié)流閥并不能從根本上解決問題。 (2) 氣穴現(xiàn)象 當(dāng)發(fā)生氣穴現(xiàn)象時，氣泡的破裂會產(chǎn)生高頻噪聲；另一方面，氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波會導(dǎo)致閥心振擺 。 (2) 閥口處選擇合適硬度的材料配對 材料的硬度越高 ,抗拉絲侵蝕的能力越強。 一般而言，閥心受到的氣蝕破壞比閥座嚴(yán)重，因而在選擇閥心與閥座的材料時，閥心材料通常比閥座的硬度高。實驗研究表明，當(dāng)閥芯錐角小于閥座錐角時，閥口較容易出現(xiàn)氣穴和流量飽和現(xiàn)象。相對于圓錐形和球形錐閥結(jié)構(gòu)，平端錐閥 (截去圓錐 )的抗氣蝕性能較強。 圖 22 兩級錐閥式節(jié)流閥口 在本次設(shè)計中，單向節(jié)流閥在解決氣蝕問題方面，主要采取了以下措施： 在液壓系統(tǒng)中的任何地方，只要壓力低于空氣分離壓，就會發(fā)生空穴現(xiàn)象。由式 (1)可知，要減小 d，只有降低入口壓力或提高出口壓力值。 氣蝕問題的解決措施 節(jié)流閥氣穴發(fā)生的程度可用氣穴系數(shù) δ 表示 。 4. 振動、噪聲和工作穩(wěn)定性問題 由于介質(zhì)的壓力沖擊，在單向節(jié)流閥中易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象。當(dāng)閥的工作壓力較高時，主閥口和先導(dǎo)閥口將在較大的壓差下工作，使閥口流速很高，極易發(fā)生汽化氣蝕。 單向節(jié)流閥隨著工作介質(zhì)的不同，氣蝕分為氣體氣蝕和汽化氣蝕兩種。顯然，單向節(jié)流閥的材料難以滿足腐蝕及腐蝕磨損的要求。通過改變節(jié)流口三角槽的通流面積，以改變液阻，來控制通過節(jié)流閥的流量，實 現(xiàn)微量調(diào)節(jié)。 單向節(jié)流閥的工作原理如下： 圖 21 單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)原理圖 假設(shè)外界（液壓泵或者液壓閥）輸出的液壓油 從通口 Pj1 流入，產(chǎn)生的油壓力作用在閥芯左端面，克服復(fù)位彈簧作用在閥芯上的阻力，推動閥芯向右移動，打開節(jié)流閥閥口，油液通過徑向孔從通口 Pj2 流出。 本章小結(jié) 本章主要介紹了課題研究的背景和意義，分析了當(dāng)前單向節(jié)流閥的主要方向，給出了單向節(jié)流閥所面臨的主要技術(shù)難題并提出了基本的解決方案，確定了本課題的主要工作和采取的技術(shù)路線。可采用自適應(yīng)網(wǎng)格 根據(jù)流場的特性局部細化網(wǎng)格。 參數(shù)化建模，可方便地修改機 構(gòu) 參數(shù)，如開口度變化，流道性狀， 閥結(jié)構(gòu)等變化，建模簡單，快捷。應(yīng)用流場數(shù)值模擬及可視化方法進行分析，要研究清楚節(jié)流閥流場的流動特性和力特性及其影響因素，確定出該閥所受穩(wěn)態(tài)液動力的 大小，漩渦和脫流附壁現(xiàn)象產(chǎn)生的區(qū)域，找出閥結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，以分析閥的性能，并為此類節(jié)流閥的優(yōu)化設(shè)計提供可靠的理論依據(jù)。 目前對三維模型的研究也只是對閥芯在固定開口度狀態(tài)時的流場特性進行仿真，對閥芯在運動過程中閥內(nèi)部流場的規(guī)律、特點的理論分析還很少。 當(dāng)液流流經(jīng)液壓閥的閥腔和閥口時，由于液流速度發(fā)生變化，將有液動力作用在閥芯上。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，它不僅可以充當(dāng)一種傳動方式，而且可以作為一種控制手段，充當(dāng)了連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率控制對象之間的橋梁，成為現(xiàn)代控制工程中不可缺少的重要技術(shù) 手段。隨著計算機科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，研究人員逐漸開發(fā)了一系列的流體分析軟件，應(yīng)用 CFD方法，采用 Fluent流體軟件及 ANSYS有限元分析軟件，對單向節(jié)流閥進行了結(jié)構(gòu)應(yīng)力及壓差流量等各方面模擬分析，對實際上液壓元件的運行進行了精確的計算分析，掌握了很多液壓元件的運行仿真與優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)改進等資料。 單向節(jié)流閥的未來發(fā)展 目前，液壓系統(tǒng)和元件的設(shè)計，分析方法是基于一種半經(jīng)驗的方法，一些理論公式經(jīng)多方簡化，已難以解釋和處理某些實際問題，對節(jié)流閥的開發(fā)和深入研究也存在著許多問題。 浙江大學(xué)的冀宏，利用理論分析、流場仿真、壓力分布測量等方式相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)通過等截面段形成二級節(jié)流或采取大楔形角可以有效的消除氣穴和噪聲。仿真計算所得的可視化結(jié)果與理論數(shù)據(jù)基本吻合，其結(jié)果為水壓滑閥的設(shè)計提供了依據(jù)。文中給出閥內(nèi)流場的壓力分布，速度分布和氣體體積分布圖。 用不同的二維和三維模型對液壓閥在不同的錐角下進行了數(shù)值模擬，并與實驗結(jié)果基本吻合。 , Milani 文中使用 CFD 軟件 FIDAP7. 07 分析了安全閥在固定開口度為 , , , 時的壓力分布圖、速度分布圖和流量、壓力與壓差的曲線圖。此項研究對節(jié)流閥結(jié)構(gòu)設(shè)計及系統(tǒng)內(nèi)氣穴噪聲的預(yù)防都有著重要的參考價值。發(fā)現(xiàn)閥口壓力最低區(qū)出現(xiàn)在節(jié)流邊附近，由于流束轉(zhuǎn)折和流體脫離而產(chǎn)生。 節(jié)流部位出現(xiàn)的氣穴是液壓控制元件中最重要的噪聲源頭，目前對以油為介質(zhì)的液壓元件及系統(tǒng)中的流場及氣穴現(xiàn)象的深入研究還很少。穩(wěn)態(tài)液動力是影響單向節(jié)流閥性能的關(guān)鍵因素之一，不僅決定換向阻力，同時也影響單向節(jié)流閥的精確控制。 單向節(jié)流閥的歷史研究成果及應(yīng)用 對單向節(jié)流閥的研究內(nèi)容，主要包括理論研究，實驗研究和數(shù)字仿真。 節(jié)流閥的壓力和溫度補償 普通節(jié)流閥由于剛性差，在節(jié)流開口一定的條件下通過它的工作流量受工作負(fù)載（亦即其出口壓力）變化的影響，不能保持執(zhí)行元件運動速度的穩(wěn)定，因此只適用于工作負(fù)載變化不大和速度穩(wěn)定性要求不高的場合，由于負(fù)載的變化很難避免，為了改善調(diào)速系統(tǒng)的性能，通常是對節(jié)流閥進行壓力補償，即采取措施使安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 6 節(jié)流閥前后壓力差在負(fù)載變化時始終保持不變。所以，節(jié)流元件用來調(diào)節(jié)流量是有條件的，即要求有一個接受節(jié)流元件壓力信號的環(huán)節(jié)（與之并聯(lián)的溢流閥或恒壓變量泵）。因此可以通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的液阻，來改變進入液 壓缸的流量，從而調(diào)節(jié)液壓缸的運動速度；但若在回路中僅有節(jié)流閥而沒有溢流閥與之并聯(lián)的話，則節(jié)流閥就起不到調(diào)節(jié)流量的作用。軸向縫隙式節(jié)流口，在閥孔的襯套上加工出圖示薄壁閥口，閥芯作軸向移動即可改變開口的大小。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè) 計（論文） 5 偏心槽式節(jié)流口，其性能與針式節(jié)流口相同，但容易制造，其缺點是閥芯上的徑向力不平衡，旋轉(zhuǎn)閥芯時較為費勁，一般用于壓力較低、流量較大和流量穩(wěn)定性要求不高的場合。節(jié)流閥的安裝與維護應(yīng)注意以下事項： 該閥經(jīng)常需要操作，因此應(yīng)該安裝在易于方便面操作的位置上； 安裝時要注意介質(zhì)方向與閥體所標(biāo)箭頭方向保持一致。這樣周而復(fù)始，就形成了流量的脈動； （ 3）閥口壓力差較大時，因閥口溫度高，液體受擠壓的程度增強，金屬表面也更容易收摩擦作用而形成電位差，因此壓差大時容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。 單向節(jié) 流閥 ： 單向節(jié)流閥根據(jù)油液流動方向的不同，既可以作為單向閥使用，又可以做節(jié)流閥使用，其主要有調(diào)節(jié)桿、止推、閥體、閥芯和彈簧組成，節(jié)流道呈軸向三角槽式。節(jié)流閥和單向節(jié)流閥是簡易的流量控制閥。 節(jié)流閥主要用于油田鉆井、油井測試、固井等高壓管路中，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥閥桿來改變節(jié)流孔面積，以達到調(diào)節(jié)管路壓力和流量的目的。本課題就是從改善和優(yōu)化節(jié)流閥的內(nèi)部流道著手，通過流場數(shù)值分析手段，降低液壓系統(tǒng)的局部壓力損失，進而得到更合理的內(nèi)部流道。人類利用礦物油作為液壓系統(tǒng)的工作介質(zhì)，創(chuàng)造了一代又一代的由液壓油傳動與控制的各類主機系統(tǒng)，為社會生產(chǎn)力的發(fā)展做出了巨大的貢獻。 附錄二：畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。 單向節(jié)流閥節(jié)流口開口寬度為 4mm 時的流道分析 ................................ 31 第五章 總結(jié)與展望 ................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 單向節(jié)流閥的模擬仿真基礎(chǔ)知識 .................................... 錯誤 !未定義書簽。