液動力PPT最終版

1、液液 動動 力力PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 組員：組員： 李李 波波 唐唐 田田 王王 文文 鄭鄭 忠忠 付付 虹虹 趙得成趙得成劉劉 洋洋 液動力是什么液動力是什么計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的必要性液動力仿真液動力仿真如何消除液動力如何消除液動力討論討論液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算1.1.什么是液動力什么是液動力主講人：李波主講人：李波什么是液動力什么是液動力工作介質(zhì)液體動力學(xué)液體動力學(xué)：研究水

2、及其他液體的運(yùn)動規(guī)律及其與邊界相互作用的學(xué)科以液壓系統(tǒng)為例以液壓系統(tǒng)為例 液壓油能量的傳遞液動力本質(zhì)液動力本質(zhì)：液體對固體作用的壓力，并不存在一個額外的“液動力”什么是液動力什么是液動力 帕斯卡定律：同一腔的液體對固體壁面的壓力處處相等帕斯卡定律：同一腔的液體對固體壁面的壓力處處相等 伯努利方程伯努利方程 ： 動能+重力勢能+壓力勢能=常數(shù)等高流動時，流速大，壓力就小。著名推論 修正量重要前提 液體不流動什么是液動力什么是液動力 來源來源：液體流經(jīng)閥口時，由于流動方向與流速的變化，使 閥芯受到的流體的作用力。動量公式Ft = mv，從公式可以看出，流體動量的改變伴隨著力的作用。反過來閥芯也受到

3、了流體的作用力。錐閥也是如此 A B什么是液動力什么是液動力 分類分類 閥開口度一定，液動力為穩(wěn)態(tài)液動力 閥開口度變化，液動力為瞬態(tài)液動力 穩(wěn)態(tài)液動力瞬態(tài)液動力 影響閥芯運(yùn)動，是閥工作不穩(wěn)定的重要因素之一什么是液動力什么是液動力計(jì)算方法：計(jì)算方法： 動量法動量法 和和 計(jì)算流體力學(xué)法計(jì)算流體力學(xué)法動量法動量法：適用于無法得到速度、壓力實(shí)際分布狀態(tài)的精確數(shù)學(xué)表達(dá)式 的情況優(yōu)點(diǎn)：是可以避免尋找壁面壓力分布數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算流體力學(xué)法計(jì)算流體力學(xué)法以計(jì)算機(jī)做為模擬手段，運(yùn)用一定的計(jì)算技術(shù)尋求流體力學(xué)各種復(fù)雜問題的離散化數(shù)值解什么是液動力什么是液動力國內(nèi)外研究狀況國內(nèi)外研究狀況國內(nèi)國內(nèi) （1）針對閥所受的

4、穩(wěn)態(tài)液動力的大小和方向進(jìn)行研究（2）研究液動力對控制的影響，以及如何通過改變閥口的形狀等措施來減少所受的液動力國外國外 （1）研究流場內(nèi)部可能出現(xiàn)的狀況和內(nèi)部流場對控制的影響相同方法 采用流體仿真軟件如CFD2.2.液動力的必要性液動力的必要性主講人：唐田主講人：唐田 彈簧力 電磁力 液壓不平衡力 穩(wěn)態(tài)液動力 摩擦力（含液壓卡緊力）穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)時閥芯受到哪些力穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)時閥芯受到哪些力穩(wěn)態(tài)時：計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的必要性 瞬態(tài)液動力 慣性力非穩(wěn)態(tài)時：液壓卡緊力計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的必要性滑閥形狀誤差 同心度變化徑向不平衡液壓力閥芯與閥套產(chǎn)生接觸卡緊力的產(chǎn)生：卡緊力的產(chǎn)生： （

5、1）高壓、大流量時，閥芯穩(wěn)態(tài)液動力和液壓卡緊力可達(dá)數(shù)百至數(shù)千牛，對閥芯的運(yùn)動造成極大的阻礙； （2）液動力是影響液壓閥性能的關(guān)鍵因素之一，不僅決定換向阻力，也影響閥的精確控制、響應(yīng)特性。 計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的必要性 因此，對閥芯液動力的準(zhǔn)確計(jì)算和有效補(bǔ)償，是提高大流量液壓控制閥及其系統(tǒng)操作舒適性、可靠性、安全性及節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一； 分析作用在滑閥閥芯上的各種力的性質(zhì)和產(chǎn)生根源，以便在設(shè)計(jì)時消除或減弱其不利影響； 計(jì)算操縱滑閥閥芯運(yùn)動所必須的拖動力，為設(shè)計(jì)操縱元件提供依據(jù)。計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的必要性計(jì)算液動力的方法：計(jì)算液動力的方法：（1）理論分析主要是運(yùn)用流體力學(xué)動量定理

6、,關(guān)鍵在于對控制體的流入流出動量的確定（2）直接測量流體對閥心的作用力,可以準(zhǔn)確地測得閥心的液動力（3）流場仿真就是利用數(shù)值方法通過計(jì)液動力的研究方法算機(jī)求解描述流體運(yùn)動的數(shù)學(xué)方程,獲得流體力學(xué)方程組精確解的數(shù)值解,揭示流體運(yùn)動的物理規(guī)律3.3.液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算主講人：劉洋主講人：劉洋液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算 液體流動的動量定理：液體流動的動量定理： 由于流體在閥芯上的壓力分布不容易確切知道,不易直接計(jì)算流體對閥芯的作用力,但可以通過“動量定理”的原理來計(jì)算“液動力”。111222dtddtdmvmvd(mv)I.III.II推導(dǎo)動量定理簡圖)()(1110122202

7、111012220212vAvavAvadtdtvdAvadtvdAvamudAA)()(101202vavaqdtmvd)(101202vavaqF其中，a0為考慮截面流速不同而引入的動量修正系數(shù)。液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算 穩(wěn)態(tài)液動力計(jì)算：穩(wěn)態(tài)液動力計(jì)算： 作用在圓柱滑閥上 穩(wěn)態(tài)液動力可分解為軸向分力和徑向分力。由于一般將閥體的油腔對稱地設(shè)置在閥芯的周圍，因此沿閥芯的徑向分力互相抵消了，只剩下沿閥芯軸線方向的穩(wěn)態(tài)液動力。(a)流出式 (b)流入式流出式圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力：液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算(a)流出式 虛線所示為控制體積，根據(jù)動量定理，可求得，流出式穩(wěn)態(tài)液動力為：

8、(b)流入式 流入式圓柱滑閥上的穩(wěn)態(tài)液動力：結(jié)論：對于圓柱滑閥，完整閥腔的穩(wěn)態(tài)液動力總是使閥口關(guān)閉。 擴(kuò)展擴(kuò)展： 考慮到 ， 其中cv為速度系數(shù)，cq為流量系數(shù)，W為滑閥開口周長。 所以上式又可寫成 液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算則上式又可寫成 。令 ，記為液動力系數(shù)當(dāng)壓差P一定時，上式可知，穩(wěn)態(tài)液動力與閥口開度x成正比。 作用在錐閥上：液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算 外流式 錐閥對控制體中液體的分布力以集中力F代替，有：0cos4/212qvFqvdp由于 ，有12vv cos4/22qvdpF因此錐閥受到的力為：cos4/22qvdpF(方向向下)(方向向上) 上式第一項(xiàng)為閥未開啟時液

9、體對閥的靜壓力，第二項(xiàng)為穩(wěn)態(tài)液動力，可以看出穩(wěn)態(tài)液動力減小了閥受到的液壓力，使閥趨向于關(guān)閉。 作用在錐閥上：液動力的分析計(jì)算液動力的分析計(jì)算內(nèi)流式同理，作用在錐閥上的軸向穩(wěn)態(tài)液動力 為 ， 此力的方向使閥芯趨于打開。cos2qvFs 4.4.液動力仿真實(shí)例（一）液動力仿真實(shí)例（一）主講人：鄭忠主講人：鄭忠 Fluent是用于CFD（Computational Fluid Dynamics)研究的應(yīng)用軟件，可模擬和分析復(fù)雜幾何區(qū)域內(nèi)的流體流動與傳熱現(xiàn)象。本次采用Fluent分析流體經(jīng)過閥口時的壓力場、速度場以及液動力。 液動力仿真液動力仿真本次直接選擇了單向閥進(jìn)行液動力仿真，具體步驟為 首先使用

10、三維建模軟件Solidworks建立流道模型，如圖所示，圖為模型的半剖圖。單向閥單向閥液動力仿真液動力仿真 單向閥工作過程中的閥芯力學(xué)模型可簡化為圖 所示的形式，假定閥芯的運(yùn)動過程為在流體作用力Fflow 和彈簧彈力Fspring 的作用下進(jìn)行的往復(fù)衰減運(yùn)動單向單向閥閥液動力仿真液動力仿真 閥芯的力學(xué)模型單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真 然后使用網(wǎng)格劃分軟件ICEM CFD進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，在劃分模型時對節(jié)流口處的流道進(jìn)行了局部加密劃分，而且對壁面添加了邊界層網(wǎng)格的劃分。 網(wǎng)格劃分完成后，再將生成的MESH文件導(dǎo)入FLUENT12.0進(jìn)行仿真求解。求解時設(shè)置的邊界條件為：采用速度入口邊界條件：其

11、中速度大小為 2.01m/s，速度方向?yàn)槿肟诮孛娴姆ㄏ?。采用自由出流（Outflow）的邊界條件，該邊界條件將流動出口除壓力以外的流動變量的法向梯度設(shè)置為零。壁面邊界條件為：固壁（Wall）邊界條件單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真 對單向閥動態(tài)開啟過程進(jìn)行數(shù)值模擬的定解條件為：彈簧剛度 K 為9000N/m，彈簧初始壓縮量Z loc為 40mm，閥芯質(zhì)量 m 取 0.5kg，泥漿介質(zhì)的密度 為 1500kg/m3，稠度系數(shù) k 為 0.698Pa 冪律指數(shù) n 為 0.6266，閥體入口流量 Q 為 1.6m3/min，出口為自由流動。進(jìn)行求解，得到閥芯內(nèi)部速度場分布與壓力場分布，以及閥芯所受

12、到得液動力。單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真 單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真閥腔和閥芯的壓力場分布閥芯內(nèi)部速度場分布。單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真不同開度下閥芯附近的速度矢量圖 閥芯開度直接影響閥口過流面積，建立閥芯開度與流動阻力的關(guān)系，以不同的開度 h 建立模型并進(jìn)行求解計(jì)算，得到閥的開度 h 與閥進(jìn)出口壓差 p 的關(guān)系單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真開度與壓差的關(guān)系曲線 單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真 單向閥液動力仿真單向閥液動力仿真閥芯受力與閥芯開度關(guān)系曲線 閥芯合力與閥芯開度關(guān)系曲線4 4 基于基于FLUENT15.0FLUENT15.0的的U U形形節(jié)流槽滑閥穩(wěn)態(tài)液動力仿真節(jié)

13、流槽滑閥穩(wěn)態(tài)液動力仿真主講人：付虹主講人：付虹FLUENT15.0FLUENT15.0簡介簡介 Fluent 軟件是 CFD 軟件的一種，主要是用來模擬分析流體流動和熱傳導(dǎo)問題。它提供了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其中非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對處理具有復(fù)雜流場或者幾何結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的模型非常有效。極大提高計(jì)算效率。 圖圖1 流場分析流程流場分析流程三維模型的建立三維模型的建立 圖圖2 帶帶U型槽滑閥結(jié)構(gòu)圖型槽滑閥結(jié)構(gòu)圖三維模型的建立三維模型的建立 圖圖3 流場區(qū)域模型流場區(qū)域模型 圖圖4 閥芯三維模型閥芯三維模型進(jìn)口進(jìn)口出口出口三維模型的建立三維模型的建立 圖圖5 進(jìn)行布爾運(yùn)算之后的流場域模型進(jìn)行布爾運(yùn)算之后

14、的流場域模型三維模型的建立三維模型的建立圖7 閥的開度x=1mm圖8 閥的開度x=2mm圖9 閥的開度x=3mm三維模型的建立三維模型的建立壁面壁面1壁面壁面2壁面壁面3壁面壁面4 圖圖10 滑閥端面圖滑閥端面圖網(wǎng)格的劃分網(wǎng)格的劃分 使用ANSYS workbench15.0自帶網(wǎng)格劃分功能，劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。若使用GAMBIT、ICEM-CFD進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分效果會更好。 圖圖11 開度為開度為1mm時，網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格劃分 圖圖11 開度為開度為3mm時，網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格劃分模型初始化條件模型初始化條件流體介質(zhì)為液壓油，密度：860kg/m3,運(yùn)動粘度：4X10-5m2/s液壓油為不可壓縮

15、，為牛頓流體；忽略流體重力勢能對液壓閥的影響；假設(shè)系統(tǒng)中無熱傳導(dǎo)現(xiàn)象；流場為單向流體；閥中流場變化劇烈，為湍流，采用K-e湍流模型進(jìn)行計(jì)算。邊界條件的設(shè)置邊界條件的設(shè)置INLET：進(jìn)口設(shè)置壓力邊界條件，輸入壓力為5MPa；OUTLET：設(shè)置出口壓力邊界條件為0 MPa；設(shè)置流體區(qū)域?yàn)閣ater-fluid材料；閥芯與流體接觸壁面邊界類型為wall，分別定義為w1, w2 w3 w4，w5, w6；其它流體與壁面接觸的邊界為靜止無滑移壁面，邊界類型為wall。 殘差曲線殘差曲線 圖圖11 開度為開度為1mm時，殘差曲線時，殘差曲線計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力為：則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力

16、為：F=0.20247N，此時閥的，此時閥的開度為開度為1mm。計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力為：則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力為：F=0.69587N，此時閥的，此時閥的開度為開度為2mm。計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果 則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力為：則該工況下的穩(wěn)態(tài)液動力為：F=0.96522N，此時閥的，此時閥的開度為開度為3mm。 圖圖12 閥的開度為閥的開度為1mm時，端面壓力云圖時，端面壓力云圖 圖圖 13 閥的開度為閥的開度為3mm時，端面壓力云圖時，端面壓力云圖 圖圖 14 閥的開度為閥的開度為2mm時，端面壓力云圖時，端面壓力云圖 圖圖 15 閥的開度為閥的開度為1mm時，流體域整體壓力云圖

17、時，流體域整體壓力云圖計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果閥的開度/mm液動力數(shù)值/N4.4.三級電液伺服閥三級電液伺服閥液動力液動力仿真實(shí)例仿真實(shí)例主講人：王文主講人：王文液動力仿真液動力仿真這里對三級電液伺服閥主功率級滑閥流場進(jìn)行仿真分析液動力仿真液動力仿真 三級電液伺服閥主功率級滑閥流場分布情況非常復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)此處流場具有非常明顯的湍流特征，因此在仿真分析過程中，為了精確地描述出流體流經(jīng)該處的運(yùn)動狀態(tài)，需要采用湍流模型。FLUENT軟件自帶多種湍流模型，如SpalartAllmaras模型、RNG模型和標(biāo)準(zhǔn) 模型等。 這里選用SpalartAllmaras模型，它有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：(1)計(jì)算

18、效率高(S-A模型模型在所有模型中是最經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗恍枰蠼獬鐾牧髡承缘妮斶\(yùn)方程)。(2)計(jì)算精度高(S-A模型對于求解有壁面影響流動的問題效果非常好)。k液動力仿真液動力仿真 滑閥的左右兩腔為對稱結(jié)構(gòu)，且每個閥腔均為軸對稱結(jié)構(gòu)，因此為縮短仿真時間，提高效率，本文只建立了單個閥腔的 1/4 建模。液動力仿真液動力仿真 這里想通過分析滑閥的開口量與流量和開口量與流量系數(shù)之間的關(guān)系來研究滑閥的零位流場特性和流態(tài)切換現(xiàn)象。研究過程中滑閥的開口量都很小，網(wǎng)格劃分時極易造成最小體積為負(fù)和網(wǎng)格扭曲率過大的情況，影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。這里運(yùn)用動網(wǎng)格技術(shù)仿真分析大開口區(qū)域的流場特性，并選用彈性光順法進(jìn)行網(wǎng)格

19、劃分，彈性光順法一般只接受三角形網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分方法。液動力仿真液動力仿真 當(dāng) 0 35m 時，閥口流量系數(shù)隨閥開口量的增加而迅速增大；此后隨著閥開口量繼續(xù)增加，流量系數(shù)基本趨于穩(wěn)定。當(dāng) 較小時，粘性力對流體流動起主導(dǎo)作用，此時可不予考慮慣性力的作用，此時隨著 的增大， 迅速增大， 則變化很小，導(dǎo)致 迅速增大；當(dāng) 增大到一定程度時，粘性力與慣性力對液壓油流動的影響程度相當(dāng)，兩者均不能忽略，在此區(qū)域內(nèi) 緩慢變大， 緩慢減小，結(jié)果導(dǎo)致 基本不變。vxvxvxvCcCdCvxvCcCdC液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 這里運(yùn)用了2個軟件，Solidworks和Ansys首先通過Solidworks繪

20、制模型，將模型保存x_t格式液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 打開Workbench，雙擊Mesh，打開剛才建立好的模型，右擊Mesh，進(jìn)入Ansys Meshing液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 左鍵點(diǎn)擊選擇入口平面，再單擊右鍵，選擇Create Named Selection，命名為inlet。同樣命名出口面為outlet。液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 點(diǎn)擊左側(cè)模型樹中的Mesh，出現(xiàn)Details of “Mesh”，在Physics Preference中選CFD，在Solver Preference中選Fluent（使用Fluent求解流場）。展開 Sizing，選 Relev

21、ance Center 為 Fine，意思是劃分較密的網(wǎng)格。液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 保存，關(guān)閉返回Workbench液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 建立一個Fluent單元更新Fluent單元打開Fluent液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 在Models里選擇SpalartAllmaras模型，其余默認(rèn)流體材料自設(shè)液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 點(diǎn)擊Fluent Datebase，從中找出water-liquid作為材料，點(diǎn)擊Copy復(fù)制出來液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 修改Copy出來的材料性質(zhì)，更改名稱和化學(xué)式，然后修改流體密度以及粘度，點(diǎn)擊Change/Create保

22、存液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 在Cell Zone Conditions中選擇材料為oil液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 在Boundary Conditions中雙擊inlet，velocity magnitude取2，即流體速度為2m/s液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 出口選擇壓力出口邊界，參數(shù)保持默認(rèn)液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) Standard Initialization中選擇標(biāo)準(zhǔn)初始化Standard Initialization，compute from 選擇all-zones，點(diǎn)擊Initialize。液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) Run Calculatio

23、n中選擇迭代次數(shù)500次，點(diǎn)擊Calculate進(jìn)行計(jì)算液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 計(jì)算曲線如圖退出Fluent，返回Workbench液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 打開Result進(jìn)入CFD-Post 液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 創(chuàng)建平面此處設(shè)置XY平面，Z方向0.02，點(diǎn)擊apply液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 創(chuàng)建云圖Locations選擇剛才創(chuàng)建的平面，variable選擇velocity(這里為速度，也可以選擇壓力等)，點(diǎn)擊apply液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) 得到速度云圖創(chuàng)建速度矢量圖液動力仿真液動力仿真(實(shí)例實(shí)例) Locations選擇Plane 1，為避免上一步中云圖及Plane 1背景的影響，取消勾選模型樹中Contour 1和Plane 1