对高压大流量气动比例阀稳态气动力数值研究

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1、液压气动与密封／2012年第8期高压大流量气动比例阀稳态气动力数值研究高隆隆，杨钢，李宝仁(华中科技大学FESTO气动技术中心，湖北武汉430074)摘要：该文针对高压大流量气动比例阀结构特点及阀芯动力学特性，建立阀芯所受稳态气动力数学模型。然而由于高压气体的可压缩性、阀口流量非线性等因素，难以采用传统气动力理论计算公式准确预测高压大流量气动力比例阀的稳态气动力．为此基于三维N—S方程，采用计算流体动力学(CFD)方法研究稳态气动力的变化特性。结果表明，该气动比例阀工作过程中最大稳态气动力达到气压驱动力的30％，成为影响阀芯响应速度与控制精度的主要

2、因素，且稳态气动力与阀口开度呈强非线性关系。另外为减小稳态气动力的阻力作用以减小动力能源的消耗，应优化内流道结构，实现节能目的。关键词：高压大流量；气动比例阀；稳态气动力；节能；数值模拟中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1008—0813(2012)08—0056—05NumericalInvestigationofSteadyGasFlowForceontheHigh——pressureandLarge——flow——ratePneumaticProportionalValveGA0Long-long，YANGGang，LIBao-r

3、en(FESTOPneumaticsCentre，HuazhongUniversityofScience&Technology，Wuhan430074，China)Abstract：Inthispaper，themathematicalmodelofthesteadygasflowforceactingonthespoolofhigh-pressureandlarge-flow-ratepneumaticproportionalvalve(HIPV)ispresented，accordingtothestructuralfeaturesanddyn

4、amicscharacteristicoftheHLPPV．Nevertheless，duetothefollowingfact0rs，suchasthecompressibilityofcompressedair，thenonlinearityofthemassflowrate，etc．，itisdifficulttoaccuratelypredictthesteadygasflowforcebythetraditionaltheoreticalmethod．Thecomputationalfluiddynamics(CFD)methodisad

5、optedtoinvestigatethesteadygasflowforcebasedonthe3-DN-Sequations．Thenumericalresultsshowthatthem~imumsteadygasflowforceactingontheHLPPVisuptothe30％ofthecompressedairpressureforce，hencetheflowforcebecomethemainfactorforthedynamicresponseandcontrolaccuracyofthemainvalvespool，and

6、thesteadygasflowforceisnonlinearwiththevalveopening．Inordertoreducetheconsumptionofthecompressedairandenhancetheratioofenergyutilization，thegeometryoftheinternalflowfieldofthevalveneedtobeoptimizedtodecreasethesteadygasflowforce．Keywords：high—pressureandlarge—flow—rate；pneumat

7、icproportionalvalve；steadygasflowforce；energysaving；numericalsimUlationU日『J舌速度与加速度的精确调节。而提高某水下装置控制性能的关键在于改善高压大流量气动比例阀的动静态特高压气动技术因具有功率比重大、有利于元件结性。本文所涉及高压大流量气动比例阀为滑阀结构．在构小型化及执行机构高速化、低成本、易操作、能源清高压、大流量工况下．气流作用在阀芯上的稳态气动力洁无污染等优点而广泛应用于自动化工业、航空航天、不容忽视，且成为影响高压大流量气动比例阀动静态航海、国防军事等领域口、21。

8、特性的重要干扰力，因此研究并精确预测该稳态气动某水下装置的核心元件为高压大流量气动比例力变化特性对提高某水下装置的控制性能