錐形閥芯附近空化泡力學作用效果研究

《錐形閥芯附近空化泡力學作用效果研究》是依託中國礦業大學，由李貝貝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：錐形閥芯附近空化泡力學作用效果研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李貝貝
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目對錐形閥芯附近空化泡潰滅微射流衝擊力及衝擊波對閥芯表面的力學作用進行理論和實驗研究。基於Rayleigh-Plesset方程、固體邊界延長因子以及空化泡與邊界相互作用理論，建立多空化泡潰滅過程的無限大錐邊界模型，提出虛平面邊界假設，分析不同錐度錐形閥芯附近空化泡潰滅的衝擊波、微射流等行為。基於衝擊波的傳播理論和幾何光學原理，建立用以測量衝擊波波速的非接觸式多光束測試方案。實驗和數值研究錐形閥芯附近空化泡的動力學行為，分析閥芯錐度變化對空化泡潰滅過程的影響，得到微射流和衝擊波在其邊界上產生的瞬時壓強，實現對空化泡的力學作用強度及其對流道內邊界的空蝕危害程度的估算。本項目研究成果不僅對降低或避免液壓元器件空蝕、延長其使用壽命、提高液壓系統可靠性，且對空泡和空化空蝕理論的發展和完善都具有重要的理論意義和實際套用價值。

結題摘要

液壓技術因具有元件布置靈活、控制方便、動態特性好等優點，使其在民用、國防、一般傳動、高精度控制系統等領域都得到了廣泛的套用。液壓錐閥則因具有密封性能好、通流能力大、抗污染能力強等優點，在液壓元件中得到廣泛的套用。然而當液壓油流過錐閥閥芯的錐頂、凸肩等突變結構時，流體壓力的變化將誘使空化的發生。嚴重的空化空蝕現象則會顯著的影響錐形節流結構工作穩定性和壽命。 本項目結合剛性邊界附近空泡潰滅理論、衝擊波傳播理論等，運用數值仿真和實驗研究的手段對錐形節流閥內閥芯附近的空泡動力學行為及力學作用展開了系統的研究：（1）針對錐形邊界附近空泡的動力學行為，提出了虛擬平面邊界模型及其數值計算模型，得出了數值模型的邊界條件、格線劃分方案等。數值和實驗研究手段揭示了錐形邊界附近空泡的大小、潰滅時間、形狀變化、微射流等動力學行為與錐度的關係。（2）建立無限大流體區域內雙泡相互作用的物理模型及數值計算模型，研究完成了不同相位差的雙空化泡的動力學特性，揭示了其形狀、壓力分布、射流等動力學參數的變化規律。（3）由導出的衝擊波波動方程，設計並建立衝擊波波速測試的光束測試系統，實現了空泡潰滅衝擊波波速的測試以及計算得到衝擊波狀態參數。（4）數值和實驗研究了不同工況和結構參數節流閥內部空化流場，揭示了不同背壓、閥芯錐角和閥座結構下空化流場的初生、空化強度以及空化形狀位置特徵的變化規律。 本項目的研究成果為研究錐形節流結構中空化空蝕及節流結構穩定性提供的理論參考。為研究空泡對錐閥內壁力學作用提供理論參考，推動錐閥空化空蝕及穩定性研究，為錐閥的最佳化設計提供技術支持。