升降车动态流量平衡阀数值模拟基础,   中山小榄升降车出租, 中山升降车出租, 中山小榄升降车   流体力学控制方程流体的流动都遵循动量守恒方程、质量守恒方程以及能量守恒方程的。 考虑动态流量平衡阀的特殊流道结构，采用RNGk-ɛ两方程湍流模型来进行平衡阀的内部流场模拟计算，该模型除了修正了湍流粘度，还考虑了旋流的流动和平均流动中旋转情况，提高了计算精度，此外该模型中的广义源项项除了是空间坐标的函数外，还与流动情况有关。RNGk-ɛ模型的基本控制方程，其中k为紊流动能，定义为速度波动的变化量，单位为m2/s2；ɛ为紊流动能耗散率，定义为速度波动耗散的速率。建立采用Solidworks三维建模软件建立第二章中修订阀芯型线后典型参数的动态流量平衡阀三维模型，为了使反向建模生成的流道模型在进行数值模拟时的结果更加接近真实试验结果，并方便计算网格的划分，在不影响平衡阀总体流量的情况下，对阀内部局部结构进行了细微简化，将建立好的三维模型另存为.x-t格式导入CFX软件中，用概念建模方法在阀进出口建立参考面，用ByCaps方式反向建模生成平衡阀流道模型.  

   网格划分,  虽然对动态流量平衡阀流道模型进行了必要的简化，但其内部流道几何结构依然复杂：若直接对流道模型进行网格划分，网格的节点及网格单元数量偏大，并且难以保证阀芯可变开孔节流处部位的网格质量，而网格划分的质量直接影响着仿真计算结果的准确性，因此采用ICEMCFD专业网格划分软件进行离散化网格划分，运用八叉树（三维）方法，不涉及邻近奇异点面的查寻，也不牵扯邻近单元间的相交性和相容性问题，生成流道网格模型：

   网格无关性检验, 对于划分好的动态流量平衡阀流道网格模型进行网格质量检验，以平衡阀出口的流量值及流体速度大小作为评判依据：在网格数从114560变化到230132时，流量从0.862m3/h变为0.884m3/h，增大了232.5%，速度从0.545m/s变为0.663m/s，增大了17.8%。但是当网格数从230132变化到377463时，流量0.884m3/h变为0.886m3/h，增大了0.02%，速度0.663m/s变为0.679m/s，增大了2.4%。相比较而言，当网格数达到230132以及以上时，流量及速度的变化量是可以忽略不计的。考虑到节省时间，减小工作量的要求，采用230132的网格数是最为合适的。

    对平衡阀阀芯进行受力分析，可知阀芯在液体力和弹簧力的相互作用下，沿阀芯壳体流道方向来回运动，沿流道方向的耦合力作用决定此运动。 平衡阀工作时，阀芯作为运动部件。阀芯所受的作用力有介质作用力、弹簧力、流体流动力、阀芯重力以及阀芯与壳体间的摩擦力等。本文模拟的阀芯在阀体流道内倾斜放置，故阀芯在沿阀芯壳体做轴向运动的摩擦力和作用于阀芯侧面的流体力可以忽略不计。 根据牛顿第二定律推导阀芯运动方程如下：Ncorewaterspringmx：mcore为的阀芯质量，Fwater为介质在阀芯端面作用力，FN为介质在阀芯内侧作用力，Fspring为弹簧作用力，Ff为阀芯与壳体间摩擦力，可忽略不计，Fflow为介质作用在阀芯侧面的力，相互抵消，x为阀芯运动方向的加速度，其表达式可写成：24txxxttt  进行离散，由上文中推导可知，阀芯所受的弹簧力为：springt0FKxF：K为修正后的弹簧刚度，xt为不同时刻下阀芯的位移，F0为弹簧预加载力；对以上方程进行变形推导可得阀芯在任意时刻下的表达式为：22coretcoretwaterNttcoremxmxFFttxmKt.

    ANSYSCFX求解计算:  (1)求解参数设置动态流量平衡阀三维定常流动数值模拟参数设置如下：流体介质---常温常压水，介质形态为连续流体。入口边界条件设置---采用压力入口，不同开度下的压力值由理论计算而得。出口边界条件设置---采用压力出口，压力设为0Pa。湍流模型----采用标准k—ε湍流模型。收敛条件----最大残差小于1.0E-3，Continuity，X-velocity，Y-velocity，Z-velocity，K，Epsilon的值均小于1.0E-4。参考压力与实际工况相符，设定为510013.1Pa。求解过程中的控制参数在求解器中设置，求解器格式一般分为高阶求解格式、迎风格式和指定混合因子格式，高阶求解准确可靠，但收敛性不好；迎风格式收敛性好但结果不准确，而混合因子格式是两者的混合使用程度，本文研究的三维流道模型结构复杂，流量精度要求较高，因此本文采用高阶求解格式。计算结束后，可打开CFX的后处理文件.res进行结果分析，输出速度场图、压力场图和湍动能场图等流场可视化结果。(2)阀芯CEL语言编译在ANSYSCFX软件中编写CEL（CFXExpressionLanguage）语言命令程序，以实现对动态流量平衡阀关键参数的监测，CEL语言表达式.  

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    阀芯可变开孔优化前后流量对比分析, 对已建立优化前后的模型进行仿真模拟计算，记录压差从15kPa增大到150kPa期间，阀芯各个开度下所对应的流量值：平衡阀在整个工作压差范围内，可变开孔型线优化前模型的流量值基本都超出±5%的公称流量误差线以内，阀芯位移在1mm之前，仿真流量均大于+5%的公称流量误差线，阀芯位移在2mm之后，仿真流量均小于-5%的公称流量误差线，水力失调现象严重；可变开孔优化后的流量值均已在公称流量误差线以内，主要集中在-5%的公称流量误差线区间内，满足工业标准的误差要求。

   阀芯可变开孔优化前后流量误差对比分析， 对数值模拟优化前后的仿真流量值进行误差处理分析： 优化前的平衡阀在阀芯位移为2mm之前和阀芯位移为9mm之后均已超出流量精度误差限，最大误差已达到18.2%；优化后的流量精度误差均在误差限范围之内，平均误差约为2.3%，满足误差要求。

    动态流量平衡阀启闭过程中阀芯受力分析研究,  开启过程中阀芯各端面液动力分析动态流量平衡阀阀芯端面开有端面固定孔，阀芯侧面采用二级节流可变开孔和一级节流可变开孔相互对称均匀布置，在工作过程中，介质压力完全作用在阀芯端面和侧面上，通过固定孔和可变开孔组合面积的变化来保证平衡阀流量稳定。针对阀芯这一特殊设计，分别选取阀芯端面和阀芯侧面两个典型的受力端面，研究其在平衡阀工作过程中的受力变化规律。

   在CFX软件前处理模块中设置命令函数，监测阀芯端面和阀芯侧面在工作过程中所受到的液动力：在平衡阀启闭过程中，阀芯端面和侧面所受液动力变化规律不一致，阀芯端面所受液动力随阀芯位移的增加呈线性增长规律，阀芯侧面所受液动力随阀芯位移的增加呈现先增大后减小的趋势。其中阀芯端面所受液动力在阀芯最大位移处达到了最大值，为23.8N；阀芯侧面所受液动力在阀芯位移为5.5mm左右处达到了最大值，为16.8N，随后随阀芯位移的增大，侧面所受液动力逐渐衰减至5.2N。在整个过程中，阀芯位移在7.5mm之前，阀芯侧面所受液动力均大于端面液动力，之后呈相反的趋势发展，在最大位移处，二者差距达到了最大值。

  开启过程中阀芯各端面面平均压强分析,  按上述过程监测阀芯端面和阀芯侧面在阀芯启闭过程中所受面平均压强，可得二者的变化规律：在平衡阀启闭过程中，阀芯端面和侧面所受面平均压强变化规律不一致，阀芯端面面平均压强随阀芯位移的增加呈线性增长规律，阀芯侧面面平均压强随阀芯位移的增加先呈线性增长规律，之后呈现震荡的趋势。其中阀芯端面面平均压强在阀芯最大位移处达到了最大值，为150000Pa；阀芯侧面面平均压强在阀芯位移为7mm左右处开始发生震荡，在最大位移处达到了最大值，为125000Pa，分析原因，应该是由于侧面可变开孔的存在，导致随阀芯位移增大，阀芯侧面面积出现不规则的变化规律造成的。

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