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阀口高速流动中的气穴观测与流场分析

阀口高速流动中的气穴观测与流场分析

傅   新 , 杜学文

Cavitation Observation and Flow 2field Analysis of High 2speed Flow inside Throttling Groove

FU Xin , DU Xue 2wen

(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) 0720029203

0  前言

非全周开口滑阀是液压阀基本结构形式之一 , 即

式 , 如三角槽 、 ,

, 流 速急剧加快 ,

产生气穴 。由于流道尺寸小 、 工作压差大 、 阀口流速 高 , 使得从气泡微观层面上研究液压元件中的气穴现 象非常困难 。

对于 狭 小 流 场 内 高 速 流 动 中 气 穴 噪 声 问 题 , Frank [1]对滑阀内气穴流与压力波动间的关系进行了 研究 。 B. Umesh [2]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 。 U ENO [3]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 道内部结构及流动参数的变化所导致的气穴与噪声之 间的关系一直是普遍关注而未能根本解决的问题 , 而 对于狭小孔隙流场内部的高速流动现象 , 流场变化非 常复杂 , 用一般的理论方法很难直接解析 , 必须借助仿 真及实验手段深入流场内部进行研究 。

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 。 1  节流槽流动模型

V 形槽是由加工刀具回转中心位置、 刀具夹角、 阀

, V 形槽不够直 ,V 形槽是 在本文中 , 节流槽长度和阀芯直径 保持不变 , 取楔形角 W 、 节流槽夹角 D 两个特征参数 , 可以直观地描述 V 形槽的形状大小。 V 形槽的楔
形角 定义为 V 形槽底边端点连线与阀芯轴线的夹角。 图 1中标注出了节流槽过流面积 A 10、 A 1、 A 2, x 为阀口开度 。 在流入阀腔时 , 阀芯凸肩上的节流槽进 行节流控制 , 液流由高压经 A 2→ A 1→ A 10到回油腔

, V 形槽不够直 ,V 形槽是 在本文中 , 节流槽长度和阀芯直径 保持不变 , 取楔形角 W 、 节流槽夹角 D 两个特征参数 , 可以直观地描述 V 形槽的形状大小。 V 形槽的楔形角 定义为 V 形槽底边端点连线与阀芯轴线的夹角。 图 1中标注出了节流槽过流面积 A 10、 A 1、 A 2, x 为阀口开度 。 在流入阀腔时 , 阀芯凸肩上的节流槽进 行节流控制 , 液流由高压经 A 2→ A 1→ A 10到回油腔

阀口高速流动中的气穴观测与流场分析

  收稿日期 :2006204208

  作者简介 :傅新 (1961— ) , 男 , 四川内江人 , 教授 , 博士 , 主要 从事流场可视化流体振动及流动噪声控制等方面的研究 。 2  气穴噪声测量

2. 1  测量系统

对于气泡流可视化观测试验 , 模型阀由透明有机 玻璃 (PMMA ) 制成 , 内流道尺寸与原型阀相同 , 以便 内部流场的变化更接近真实流动情况 。 孔隙过流面积 可通过阀芯前后移动的距离来调节 , 内部压力分布测 92

2006年第 7期 液压与气动

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