【正文】 上的徑向力不平衡，旋轉(zhuǎn)閥芯時(shí)較為費(fèi)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(chǎng)合。以下為幾種常用的節(jié)流口的形式：針閥式節(jié)流口，它通道長(zhǎng)，濕周大，易堵塞，流量受油溫影響較大。節(jié)流閥的安裝與維護(hù)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：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(shí)要注意介質(zhì)方向與閥體所標(biāo)箭頭方向保持一致。（1）構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，便于制造和維修，成本低；（2）調(diào)節(jié)精度不高，不能作調(diào)節(jié)使用；（3）密封面易沖蝕，不能作切斷介質(zhì)用；（4）密封性較差。這樣周而復(fù)始，就形成了流量的脈動(dòng)；（3）閥口壓力差較大時(shí)，因閥口溫度高，液體受擠壓的程度增強(qiáng)，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(shí)容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。 節(jié)流口堵塞原因（1）油液中的機(jī)械雜質(zhì)或因氧化析出的膠質(zhì)、瀝青、碳渣等污染物等堆積在節(jié)流縫隙處；（2）由于油液老化或受到擠壓后產(chǎn)生帶電的極化分子，而節(jié)流縫隙的金屬表面上存在電位差，故極化分子被吸附到縫隙表面，形成牢固的邊界吸附層，吸附層厚度一般為58微米，因而影響了節(jié)流縫隙的大小。單向節(jié)流閥根據(jù)油液流動(dòng)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。按照其功用，具有節(jié)流功能的閥有節(jié)流閥、單向節(jié)流閥、精密節(jié)流閥、節(jié)流截止閥和單向節(jié)流截止閥等；按節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)流閥有針式、沉割槽式、偏心槽式、錐閥式、三角槽式、薄刃式等多種；按其調(diào)節(jié)功能，又可將節(jié)流閥分為簡(jiǎn)式和可調(diào)式兩種。在定量泵液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥和溢流閥配合，可組成三種節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，即進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)、回油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)和旁路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。將節(jié)流閥和單向閥并聯(lián)則可組成單向節(jié)流閥。1. 對(duì)節(jié)流閥的性能要求：流量調(diào)節(jié)范圍大，流量一一壓差變化平滑；內(nèi)泄露量小，若有外泄露油口，外泄露量也要?。徽{(diào)節(jié)力矩小，動(dòng)作敏捷。 節(jié)流閥是重要的液壓元件，其主要是用來改變相關(guān)閥口的流通面積，從而調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作流量并保證整個(gè)液壓執(zhí)行元件的安全。：圖11單向節(jié)流閥本課題目的是利用所學(xué)的流體力學(xué)、液壓和控制知識(shí)為優(yōu)化節(jié)流閥內(nèi)部流場(chǎng)做理論研究。由于在實(shí)際工作中，泵提供的流量往往要大于工作流量，對(duì)有節(jié)流閥的系統(tǒng)來說，節(jié)流閥就必須控制流入或流場(chǎng)執(zhí)行元件的流量從而控制元件的速度，由于節(jié)流口而造成較大的壓力損失。但是，液壓系統(tǒng)的安全問題也隨之凸顯出來。自帕斯卡定理發(fā)明幾百年來，由于液壓具有防銹，潤(rùn)滑性好，粘度大的優(yōu)點(diǎn)，得以廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:單向節(jié)流閥，內(nèi)部流場(chǎng)，數(shù)值模擬ABSTRACTUnidirectional Throttle Valve is a fluid transmission and control technology based on the most important ponents, valve relief valve within the flow field characteristics of a direct impact on the performance of valves. In this paper, putational fluid dynamics CFD (Computational Fluid Dynamics) software FLUENT for Pilotoperated relief valve of the flow field calculation and analysis of numerical simulation.In this paper, according to the actual use of the Pilotoperated relief valve of the parameters, the use of Solid Works software, the establishment of a Pilotoperated relief valve of the threedimensional geometric model. FLUENT software, the use of pretreatment works GAMBIT division of the grid. FLUENT software in two models of the flow field of the numerical simulation of steadystate.Spool valve in the main traits of the different boundary conditions and damping the same hole diameter is different from the same boundary conditions to simulate the flow field to identify the impact of pressure and velocity distribution spool factors. Main valve port in the simulation, the main valve, respectively, pared to the structure of spherical cone valve cone peaceful side of the valve structure of the distribution of pressure along the way, and then select the most appropriate here traits of the main valve spool. Damping holes on the numerical simulation, the focus on small damping of the pressure difference at both ends to find the pressure difference at both ends of the small diameter of the damping value.KEY WORDS: Unidirectional Throttle Valve, the flow field, numerical simulation目 錄目 錄 Ⅲ第一章 緒論 1 引言 1 節(jié)流閥的用途 2 單向節(jié)流閥 3 節(jié)流口堵塞原因 4 減輕節(jié)流口堵塞的措施 4 單向流閥的特點(diǎn) 4 節(jié)流閥的歷史研究成果 6 國(guó)內(nèi)外利用CFD軟件對(duì)液壓閥的研究狀況 7 單向節(jié)流閥的未來發(fā)展 8 選題的目的和意義 9 本文的研究?jī)?nèi)容 10 本章小結(jié) 11第二章 單向節(jié)流閥的設(shè)計(jì) 12 單向節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)和工作原理: 12 單向節(jié)流閥所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)： 13 解決措施及設(shè)計(jì) 14 氣蝕問題的解決措施 14 泄漏、拉絲侵蝕問題的解決措施 15 振動(dòng)、噪聲和工作穩(wěn)定性問題的解決措施 16 本章設(shè)計(jì)結(jié)果 17 本章小結(jié) 17第三章 單向節(jié)流閥的建模 18 三維建模 Solid works簡(jiǎn)介 18 Solid Works軟件基本內(nèi)容： 18 Solid Works軟件的特點(diǎn)： 19 單向節(jié)流閥流道建模 20 20 21 本章小結(jié) 21第四章 單向節(jié)流閥的模擬仿真 22 計(jì)算流體力學(xué)的特點(diǎn) 22 Fluent軟件簡(jiǎn)介 23 Fluent 程序的結(jié)構(gòu) 24 Fluent程序可以求解的問題 25 單向節(jié)流閥的模擬仿真基礎(chǔ)知識(shí) 25 25 模型的仿真 29 29 31第五章 總結(jié)與展望 36參考文獻(xiàn) 37致謝 40附錄一：英文科技文獻(xiàn)翻譯 41附錄二：畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 46第一章 緒論 引言： 社會(huì)的發(fā)展，要求人類賴以生存的環(huán)境是一個(gè)安全、無污染、高度文明的、美好的環(huán)境。在對(duì)主閥口進(jìn)行模擬時(shí)，分別對(duì)比不同開口寬度時(shí)的沿程壓力分布情況，進(jìn)而選擇出最適合此處的主閥閥芯性狀和開口寬度。在FLUENT軟件中對(duì)兩種模型的流場(chǎng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。 本文按照實(shí)際使用中的節(jié)流閥的參數(shù)，采用Solid Works軟件，建立了閥的三維幾何模型。安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 06城建機(jī)械2班 學(xué)生姓名 龍五 學(xué) 號(hào) 06290070222 課 題 節(jié)流閥內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬分析 指導(dǎo)教師 黃 磊 2010 年 5 月 28 日48摘 要 單向節(jié)流閥是流體傳動(dòng)與控制技術(shù)中重要的基礎(chǔ)元件，節(jié)流閥內(nèi)部的流場(chǎng)特性直接影響節(jié)流閥的性能。本文結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件FLUENT對(duì)節(jié)流閥的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析計(jì)算。運(yùn)用FLUENT前處理軟件GAMBIT了網(wǎng)格的劃分。在主閥閥芯的性狀不同、邊界條件相同和節(jié)流口開口寬度不同、邊界條件相同時(shí)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行模擬，找出影響閥芯壓力和速度分布的因素。對(duì)阻尼小孔進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，重點(diǎn)考慮節(jié)流閥開口處兩端的壓力差，找到兩端壓力差小的阻尼孔直徑數(shù)值。因此要求科學(xué)技術(shù)向安全化、生態(tài)化、藝術(shù)化、環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)發(fā)展。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(dòng)與控制的各類主機(jī)系統(tǒng)，為社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。液壓系統(tǒng)中節(jié)流閥是重要的液壓元件，它能調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作流量并保證整個(gè)液壓執(zhí)行元件的安全。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(chǎng)數(shù)值分析手段，降低液壓系統(tǒng)的局部壓力損失，進(jìn)而得到更合理的內(nèi)部流道。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容分為：原理部分、三維實(shí)體建模部分及流場(chǎng)分析部分。 節(jié)流閥主要用于油田鉆井、油井測(cè)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(dá)到調(diào)節(jié)管路壓力和流量的目的。2. 節(jié)流閥的分類及工作原理 節(jié)流閥是通過改變節(jié)流截面或節(jié)流長(zhǎng)度以控制流體流量的閥。節(jié)流閥和單向節(jié)流閥是簡(jiǎn)易的流量控制閥。節(jié)流閥沒有流量負(fù)反饋功能，不能補(bǔ)償由于負(fù)載變化所造成的速度不穩(wěn)定，一般僅僅用于負(fù)載變化不大或?qū)λ俣确€(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合。：但有些時(shí)候，為了節(jié)流閥內(nèi)部流場(chǎng)分析的必要，可以將其內(nèi)部節(jié)流口及節(jié)流流道進(jìn)行簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化建模，以便于分析計(jì)算。以上堆積、吸附物堆積到一定厚度時(shí)，會(huì)被液流沖刷掉，隨后又重新吸附到閥口上。 減輕節(jié)流口堵塞的措施（1）選擇水力半徑大的薄刃節(jié)流口；（2）精密過濾并定期更換油液；（3）適當(dāng)減小節(jié)流口前后的壓力差；采用電位差較小的金屬材料，選用抗氧化穩(wěn)定性較好的油液，減小節(jié)流口表面粗糙度。節(jié)流閥按通道方式可分為直通式和角式兩種；按啟閉件的形狀分，有針形、溝形和窗形三種。為了保證流量穩(wěn)定、節(jié)流口的形式易薄壁小孔較為理想。一般用于對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合。軸向三角槽式節(jié)流口，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力直徑中等，可得到較小的穩(wěn)定流量，且調(diào)節(jié)范圍較大，但節(jié)流通道有一定長(zhǎng)度，油溫變化對(duì)流量有一定影響，目前被廣泛應(yīng)用。閥口做成薄刃形，通道短，水力直徑大，不易堵塞，油溫對(duì)流量影響小，因此其性能接近于薄壁小孔，適用于低壓小流量的場(chǎng)合。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，節(jié)流元件與溢流閥并聯(lián)于液壓泵的出口，構(gòu)成恒壓油源，使得泵出口的壓力恒定。節(jié)流閥式一種可以在較大范圍內(nèi)以改變液阻來調(diào)節(jié)流量的元件。液壓泵輸出的液壓油全部經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入液壓缸。節(jié)流口小，流速快；節(jié)流口大，流速慢，而總的流量是不變的，因此液壓缸的運(yùn)動(dòng)速度不變。通過這一環(huán)節(jié)來補(bǔ)償節(jié)流元件的流量變化。流量變化越大，節(jié)流閥的剛性越大；反之，其剛性越小。節(jié)流閥的壓力補(bǔ)償有兩種方式：一種是將定差減壓閥與節(jié)流閥串聯(lián)起來，組合成調(diào)速閥；另一種是將穩(wěn)壓溢流閥并聯(lián)起來，組成溢流節(jié)流閥。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)節(jié)流閥的主要要求有：1）有較大的流量調(diào)節(jié)范圍，且流量調(diào)節(jié)要均勻；2）當(dāng)閥前、后壓力差發(fā)生變化時(shí)，通過閥的流量變化要小，一保證負(fù)載運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定；3）油溫變化對(duì)通過閥的流量影響要?。?）油液通過安全閥時(shí)的壓力損失要??；5）當(dāng)閥口關(guān)閉時(shí)閥的泄露量要小。國(guó)內(nèi)外從六十年代初開始對(duì)單向節(jié)流閥進(jìn)行研究。單向節(jié)流閥廣泛應(yīng)用于液壓控制系統(tǒng)的調(diào)速和延時(shí)回路中，其既可以作為單向閥使用，又可以作節(jié)流閥使用。節(jié)流閥主要用于油田鉆井、油田測(cè)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(dá)到調(diào)節(jié)管路中壓力和流量的目的。研究成果對(duì)高壓節(jié)流閥的失效進(jìn)行了分析，指出了單向節(jié)流閥的各種失效形式，并隨著CAD/CAE技術(shù)的發(fā)展，尤其是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行流場(chǎng)數(shù)值模擬成了目前對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要手段。液壓元件內(nèi)流道形體復(fù)雜、尺寸小、壓差大、閥口流速高，使得從氣泡微觀層面上研究液壓元件中的氣穴現(xiàn)象非常困難。同時(shí)對(duì)閥腔內(nèi)壓力分布，氣穴與噪聲的關(guān)系進(jìn)行了研究。背壓對(duì)閥腔內(nèi)壓力分布有著直接的影響，同時(shí)決定了腔內(nèi)氣泡形態(tài)與噪聲聲級(jí)的大小。另外，在閥內(nèi)流道設(shè)計(jì)時(shí)，可通過結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，縮小低壓區(qū)，以控制氣穴的初生與發(fā)展。 針對(duì)一般的液壓閥類元件內(nèi)部流場(chǎng)所作的數(shù)值模擬與仿真研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)液壓閥的內(nèi)部流場(chǎng)及特性己經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，對(duì)進(jìn)一步發(fā)展和完善液壓閥的性能等提供了有力的理論基礎(chǔ)。Timo