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滋流阀主阀流场计算及气穴噪声试验研究 傅 新 冀 宏 杨华勇 (浙江大学流体传动及控制国家重点实验室 杭州 310027) 摘 要 本文研究了溢流阀卞阀流道结构对其内流场及其气穴噪声的影响。对两种主阀内流场的数值计算结果 表明，内流道结构对流场流态有很大的影响，绝对静压分布曲线显示了低压区的变化和转移。流动气穴显示试验 获得了流动气穴图像，气穴出现的位置和形态有很明显的变化，与数值计算结果中低压区位置基本吻合。噪声测 试结果表明，阀芯上有环形槽的流道结构对气穴噪声有明显的抑制作用，在试验压力范围内阀的噪声降低了6一 10分贝。分析了流道形状对气穴及其噪卢的影响规律。此项研究对于认识液压控制元件的流体噪卢机理和低噪 声元件的设计具有一定的理论意义和指导作用 关扭词溢流阀流场计算气穴噪勺旋涡、 1 前言 溢流阀是液压系统最为常用的阀类，在系统中 今一 通过把多余的流量溢流回油箱维持系统压力恒定， 一4 P 找 其阀口压差大、流速高，内部流场极其复杂.溢流 fa)流道结构A (b)流道结构B 阀也是液压系统中最具代表性的控制元件。随着液 图I主阀流道 压功率密度的提高，溢流阀成为液压系统中仅次于 液压泵的噪声源川。文献2(1(31从运动稳定性和振动信 号分析出发研究了溢流阀噪声。而国际必威体育精装版研究 2 流场数值计算 141}h7表明，对于溢流阀噪声本质的认识，必须从流 场分析入手，研究流动、气穴、噪声之间的内在联 系。气穴是溢流阀噪声的主要诱因。气穴是节流口 液压阀阀口为轴对称结构，阀的进出口部分为 急剧减压的一种高速流动现象，油液中溶解的空气 三维形状，但它们的压力损失可以忽略，故主阀流 在静压低于空气分离压时，会以气泡形式大量析 道可简化为二维轴对称模型如图2所示。为了减少 出，气泡运动到压力恢复区时溃灭，产生很大的噪 声。 般采用多级节流减压控制气穴噪声，文献Iel 对三级固定阻尼器串联减压进行了研究，结果表明 噪声比单级降低了10分贝。本文针对溢流阀主阀 流道进行了流场计算和气穴噪声试验研究，根据流 扭)流道结构A (b)流道结构B 场计算结果对原主阀流道结构图1(a)为〔方便简称 图2计算区域 流道A)进行了改进优化得到流道结构B如图l(6). 试验结果表明，优化改进的流道结构对气穴位置、 进出口边界条件对阀口附近流场的影响，适当增加 形态有显著的改变，噪声级有明显降低。图1中P 了进、出口边界距离阀口的长度 口高压进口，T为回油口。 图2中00为对称轴，OA为进口，BB为出口， ‘旧家自然科学基金重点项目(599086)和教育部留学回国人员科研启动基金项目资助 507 ACDB,BF为阀体边界，OEF为阀芯边界。流场计 过粘性摩擦耗散了流体动能所致。 算区域物理量的梯度差别很大，把区域划分为三个 小区域 I,2,3，区域2包含着阀口部分，此处压 力、速度等物理量变化剧烈，采用较细的网格，其 他区域用较粗的网格，这样有利于提高计算精度又 不致使总的网格点过多从而提高计算速度。 计算中阀口开度取为0.4mm,阀进口断面OA 平均流速为LOm/s,阀出口BB平均压力设为0.1 Mpa，油液运动粘度为40cSt。进口半径为lOmma 可计算出流道过流端面雷诺数R。最大值为500。故 (b)绝对静压等值线 可认为流态为层流。计算中还有下列假设:不可压 缩流体;绝热流动;壁面无滑移;忽略油液重力。 进口速度分布按照完全发展的层流考虑，其断 面流速为抛物线分布。园管层流的速度公式为: 32Q,d__z}