[发明专利]一种伺服阀阀芯喷嘴的数值模拟分析方法

摘要

本发明涉及一种伺服阀阀芯喷嘴的数值模拟分析方法，具体步骤如下：(1)建立几何模型；(2)模型的网格划分：首先对喷嘴体通道模型进行分块处理，然后采用四面体网格对分块处理后的模型进行详细的网格重划分；(3)物理参数设置；(4)边界条件的设置：(a)采用模型；(b)进口边界设置；(c)出口边界设置；(d)壁面边界设置；(e)计算方法；(5)数值模拟结果与分析。本发明采用混合模型和离散相模型对喷嘴的磨粒流加工工艺进行仿真模拟，探讨了混合模型下流场内的压力和速度分布特性，又在离散相模型下探讨了颗粒冲蚀磨损机理以及不同速度、粒径、温度对冲蚀磨损的影响，为后续开展加工生产提供了重要依据。

主权项

1.一种伺服阀阀芯喷嘴的数值模拟分析方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)建立几何模型：以伺服阀的喷嘴体为研究对象，选取喷嘴体不同的外圆、内孔尺寸，采用不同模型对喷嘴体通道内固液两相流流动及冲蚀磨损特性进行数值仿真，利用workbench软件构建的喷嘴体流体区域几何模型；(2)模型的网格划分：首先对喷嘴体通道模型进行分块处理，然后采用四面体网格对分块处理后的模型进行详细的网格重划分；(3)物理参数设置：对喷嘴体的磨粒流加工技术，所采用的磨料加工介质是由航空液压油与碳化硅颗粒配置的，计算求解过程中将航空液压油看作连续相流体，将松散的碳化硅颗粒看作离散固相；(4)边界条件的设置：在Fluent软件中需要对计算模拟的问题进行进出口条件、采用的模型、计算方法、物理参数、壁面条件的设置，喷嘴体磨粒流加工模拟参数设置如下：(a)采用模型：假定磨粒流加工的介质流动为湍流状态，采用k‑ε湍流模型、混合模型以及离散相模型；(b)进口边界设置：连续相：连续相选取的是航空液压油，进口条件采用速度进口条件，进口流动速度垂直于进口边界面，模拟计算选取不同的速度；离散相：离散相是碳化硅颗粒，进口条件同样采用速度进口条件，设定与连续相相同的初始速度；离散相模型内选取不同的碳化硅颗粒直径，入口条件选取面射流源，而且在流场内设定了连续相与离散颗粒相之间的双向耦合作用，但颗粒与壁面的碰撞过程中认为颗粒是不发生旋转运动的，同时忽略了颗粒间的碰撞作用力；(c)出口边界设置：依据磨粒流加工的实际操作环境情况，磨粒流加工出口与外界相连接，所以设置出口边界条件为自由出口；(d)壁面边界设置：连续相：壁面条件采用增强壁面函数法和无滑移条件；离散相：因固相壁面不满足无滑移条件，离散颗粒与壁面碰撞时设定为弹性碰撞，且颗粒碰撞加工壁面后能量会发生变化，其变化规律由反弹系数决定；(e)计算方法：求解方法采用3D压力‑速度耦合求解方式，选取经典SIMPLE算法和一阶迎风格式，在欧拉坐标系下计算连续相N‑S方程，在拉格朗日坐标系下离散相求解器为了获得不断更新的颗粒状态，需要在每一个连续相的时间内对每个颗粒进行一步步的轨迹计算，在颗粒的当前状态下，离散模型求解器在单位颗粒时间步长内对颗粒的运动轨迹、质量、动量以及能量的传递进行求解计算；(5)数值模拟结果与分析：采用混合模型和离散相模型对伺服阀喷嘴体磨粒流加工技术进行数值仿真模拟，探索了喷嘴体磨粒流微磨削加工机理以及加工参数因子对喷嘴体磨粒流加工技术的影响。