基于Fluent的复杂通道比例流量阀的数值模拟.pdf

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1、第 2 3 卷第 1 期 2 0 0 7年 2月 天津理工大学学报 J oURNAL oF L A J D UN】r、，ER SI TY oF TECHNOLOGY V o 1 2 3 No 1 F e b 2 0 07 文章编号：1 6 7 3 0 9 5 X(2 0 0 7)0 1 0 0 8 6 0 3 基于 F l u e n t 的复杂通道 比例流量 阀的数值模 拟 柳洪芬，高 石，王国丽 (北京理工大学 机械与车辆工程学院，北京 1 0 0 0 8 1)摘要：应用C F D数值模拟软件 F l u e n t，对具有复杂通道的比例流量控制阀进行数值模拟，分析其压力损失，并通过 对比

2、例阀的最大模拟流量值与实验值的比较，验证应用F l u e n t 模拟比例阀的内部流场是可靠的，为进一步应用 F 1 u e n t 对比例阀进行特性分析、改进 比例 阀设计提供依据 关键词：比例阀；F l u e n t；流量；数值模拟 中图分类号：0 3 5；T H1 2 文献标识码：A Nu m e r i c a l s i mu l a t i o n o f p r o po r t i o na l v a l v e wi t h c o mpl e x c ha n ne l s b a s e o n flu e nt L I U Ho n g f e n，GAO S h

3、 i，W ANG Gu o l i (S c h o o l o f Ma c h a n i c al a n d V e h i c u l a r E n g i n e e r i n g，B e i j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y，B e r i n g 1 0 0 0 8 1，C h i n a)Ab s t r a c t：I n t h i s p a p e r，t h e n u me fi e M s i mu l a t i o n a b o u t p r o p o r t i o n a l v

4、 a l v e i s a c c o mp l i s h e d wi t h t h e f l u e n t an d l o s s o f p r e s s u r e o r e ana l y z e d Ac c o r d i n g t o the c o mp a r e d the ma x i mu m o f n u me ric a l s i mu l a ti o n w i t h e x p e r i me n t a l d a t a，t h e r e l i a b i l i t y o f s i mu 1 a t i n g i s

5、 v a l i d a t e d T h e n t h e b a s e s o f h o w t o an aly z e t h e c h a r a c t e r i s t i c o f p mpe r t i o n al v alv e d e e p l y w i t h F l u e n t an d t h e i mp r o v e me n t o f p mpe r t i o n al v alv e a r e a p p rov e d Ke y wo r d s：p mpe r t i o n al v alv e；F l u e n t；

6、fl u x；n u me ric al s i mu l a ti o n 本文所研究的比例流量控制阀用于调节车辆半 主动悬挂系统 中可控 阻尼减振器 的阻尼 比例流量 控制阀与原型叶片减振器并联构成叶片式可控阻尼 减振器，通过调节 比例 阀的开 口来 改变整个减振 器 的流量，起到调节阻尼的作用 其物理模型如图 1 减振器最大阻尼力 由控制阀全关来实现，减振器最 小阻尼力 由控制阀全开来 实现 为满足悬挂 系统 阻 尼力的调节范围，要 求阀在 7 MP a压差下的流量 为 1 0 0 L mi n，成品阀的流量不满足此使 用要求 而且 受安装空间的限制，要求阀的体积尽量小，以及由于 工作环

7、境的恶劣，需要 自主设计满足工况的比例流 量控制阀 因此，分析所设计 的比例流量控制阀内部 流场的压力损失，研究在给定压差下 比例阀的流量 特性具有重要 的意义 但 由于 比例流量控制阀结 构 复杂，对其进行局部阻力及沿程阻力数值计算存在 收稿 日期：2 0 0 5 一 l 1 0 2 第一作者：柳洪芬(1 9 8 1 一)，女，硕士研究生 困难 图1 叶片式可控减振器模型图 Fi g 1 M o d e l o f c o n t r o l l a b l e v a n e a b s o r b e r 本文将应用 F l u e n t 6 1，对具有复杂通道的电液 比例阀进行数值模

8、拟，分析其压力损失，并 比较比例 阀的最大模拟流量值与实验值 F l u e n t 软件是 目前国 际上较流行的商用计算流体力学 C F D(C o m p u t a t i o n a l 维普资讯 http:/ 2 0 0 7年 2月 柳洪 芬，等：基 于 F l u e n t 的复杂通道 比例流量 阀的数值模拟 8 7 F l u i d D y n a m i c s)软件包，它集三维实体造型、数值模 拟计算、计算结果图形化等功能于一身，可以对复杂 几何外形建立准确的三维实体模型，并对其进行数 值模拟计算，得到可视化的图形结果 将其引入比例 流量阀的开发、设计中可以缩短产品开发周

9、期，降低 成本，取得高质量的成果 1 几何建模 1 1 建立几何模型 在 g a m b i t 提供 的可视化界面 中，利用 g a mb i t中 的 G e o m e t r y 模块，建立 3 D实体模型如图 2，进行 T G r i d网格 划 分 定义 压 力人 口(P R E S S U R EI N L E T)、压力 出 口(P RE S S U R EO U T LET)边 界，导 出 m e s h文件，如图 2 图 2 比例流量控制阀的 3 D模型 F i g 2 Th e 3 D mo d e l o f p r o p o r t i o n a l v a l

10、v e 1 2 设置求解模型 由 Flu e n t 导人 m e s h文件，并设置求解器，流体 模型为三维定常不可压粘性 流动 湍流模 型取工程 中常用的标准 K一 方程 控制方程为动量方程(三 维时均 N a v i e r S t o k e s 方程)、连续性方程、湍流动能 方程与湍流耗散率方程联立 采用非耦合算法进行 求解，一阶迎风格式 1 3 设置流体属性 流体为 1 2号航空液压油；密度：8 9 0 k s m ；热导率：0 1 2 W m k；比热容：1 8 8 0 J (k g K)；运动粘度：0 0 3 5 k sm S 1 4 设置边界条件 设置 操 作 压 强 为 1

11、个 大 气 压；在 压 力 人 口 (P R E S S U R E I N LET)、压 力 出 口(P R E S S U R E O U T LET)给定一组压差(2、3、4、5、6、7、1 0 M P a)；进 出口 湍流强度为5；初始化流场进行数值模拟计算 2 计算结果及分析 2 1 压力损失 根据计算结果，以给定的7 M P a 压差为例，得流 体各处 的总压强图形显示为图 3、图 4 图 3 流场表面 总压 强分布 图 F 3 Th e t o t a l p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n o f flow fie l d s ur

12、f a c e 图 4 流场横截面总压强分布 图 Fi g 4 Th e t o t a l p r e s s u r e d i s t r i b u ti o n o f flo w fie l d cr o s s-s e c t i o n 作流场横截面总压强 的 X Y曲线 图，见图 5 图 5 流场横截面总压强 XY曲线 图 Fi g 5 Th eXY t o t a l p r e s s u r e g r a p h o f fl o w fi e l d c r 0 s s-s e c ti o n 由图 5分析可知，整个流场 的阻力损失分布在：阀体上的两个通道与工作腔

13、的接 V I 处的局部 阻力；阀体上的两个通道(长阻尼孔)的阻力；阀体与 阀套 维普资讯 http:/ 8 8 天津理工大学学报 第 2 3卷第 1 期 接 口处 的局部阻力；阀体上环形槽往 4个节流 口的 分流而产生 的局部阻力；阀体上环形槽 往 2个节 流 口的分流而产生 的局部阻力；阀芯与阀套 中间环形 通路处产生 的阻力 其 中主节流 口处，以及环形槽与 阀体上出流通 道的接 口处是阻力损失主要分布区 在图 5中也可看 到，此处局部阻力将近 占整个流场 阻力损失的一半 整个 流场 的总压力损失可 由波努 力方程 求出 P压力损失 P人口 总压 一P出口 总压=4 9 MPa 其 中：P

14、 人 口 总 压、P 出 口 总 压由 S u r f a c e I n t e g r a l s面板 中 的 1 A r e a-We i g h t e d A v e r a g e(面积加权平均)I 咖 d A=J 1 “寺 I A I 计算可 得 其中 为T o t al P r e s s u r e(总 =l 压)；A为 A r e a(面积)2 2流量 通过使用 S u r f a c e I n t e gr al s 面板中的 I n t e gr al(积 n 分)J q,a a=I A I 计算 得 人口 流 量、出口 流量 i=1 值 其中 为 V e l o c

15、 i t y(速度)；A为 A r e a(面积)由给定的一组压差(2、3、4、5、6、7、1 0 MP a)数 值模拟 比例 阀的流 量，用 以与实 验值 比较，结果如 表 1 通过对以上数据的 比较 可以看出：误差最大为 6；理论模拟值与实验值基本吻合；流量值满足工 况要求 3 结论 由上述分析可 以看出，应用 F l u e n t 软件模拟 比 表 1 比例流量阀流量的数值模拟值与实验值 Tab 1 The nume r i c a l s i mul a t i o n a nd e x pe r i me nt al d a t a o f p r o p o r ti o n a

16、 l v a l v e 例阀内部流场得到的结果与理论和实验值是基本一 致的 而且，F l u e n t 计算 方便，对于不同的情况，只要 建立相应的模型，求解是相当迅速的L3 ，因此，应用 F l u e n t 模拟比例阀的内部流场，可以快速、可靠 的分 析具有复杂管道 比例阀的特性，改进其设计，以满足 性能要求 参考文献：1 韩占忠，王敬，兰小平F l u e n t 流体工程仿真计算实 力与应用 M 北京：北京理工大学出版社，2 0 0 4 2 李万平计算流体力学 M 武汉：华中科技大学出 版社，2 0 0 2 3 S c h a f e r ME v a l u a t i o n o f a C F D B e n c h m a r k f o r L a m i n a r F l o w s E B O L h t t p：c i t e s e e r n j r le c t o m，2 0 0 4 维普资讯 http:/