气穴是液压系统中常见的一种有害现象,经常发生在阀口附近。不仅破坏了流体的连续性、降低了介质的物理特性,而且引起振动和噪声。同时系统效率降低,动态特性恶化。近年来随着纯水液压技术的发展,气穴及其引起的气蚀问题变得尤为突出,直接影响到阀的性能与寿命。因此,为了设计低噪声、低能耗、高效率的液压阀,研究如何控制阀口气穴的发生和发展非常重要。 本课题针对溢流阀阀口的气穴现象,用计算流体动力学的方法对锥阀和球阀阀口气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生区域,模拟得到的气体体积比分布与可视化实验得到的数字图像处理后的气穴图象非常吻合,验证了数值计算的正确性。进一步分析了锥阀、球阀和纯水液压锥阀阀口几何参数与边界条件对气穴的影响。最后,对溢流阀阀芯形状进行了改进,通过对不同结构的流场分析,来寻求气穴减小的阀芯结构。同时对改进前后的阀进行了气穴可视化实验和噪声测试,实验结果与流场分析结果一致,改进后的阀气穴强度和噪声均得到降低。 首先,本课题针对锥阀阀口喷流的特点,将质量转移方程和气体体积比方程引入RNG k-ε湍流模型,并与两层近壁模型相结合,运用商业化的CFD软件FLUENT对锥阀阀口的气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生后的气体体积比分布。可视化实验运用工业纤维镜与高速摄像机等组成流场可视化试验系统,多方位地观察了阀口附近的气穴现象,对其进行数字图像处理后,获得了气穴流场的分布信息,与仿真结果比较,吻合良好,表明RNG k-ε湍流模型能有效地描述锥阀等液压元件的阀口气穴流动。实验同时采用涡流式位移传感器、激光位移器和数字应变测量仪等构成的检测系统,研究了气穴流场诱发的阀体与阀芯振动。而且对锥阀在不同进口速度和不同出口面积的流场分别进行了模拟。 其次,在此基础上,进一步对纯水液压锥阀阀口的气穴流场进行了研究,