基于CFD多路阀主阀芯建模仿真

邱雪

（贵州工业职业技术学院，贵州 贵阳 550008）

CFD（Computational Fluid Dynamics） 是 计 算流体力学的简写，利用计算机计算并图像显示，目前国际上比较流行的CFD软件包是FLUENT。本文利用Solidworks软件建模，然后导入FLUENT前处理器Gambit进行网格划分，通过边界条件的设置，在Fluent中得到流场内速度的矢量图及流过阀口的流量大小。本文以某特定型号多路阀主阀芯的其中一联为例，该联滑阀阀口节流槽为V-U组合，共两个。

1 建模及网格划分

1.1 使用Solidworks建模

建模前对模型进行一些简化：设滑阀为理想滑阀，即阀芯和阀体不存在径向间隙配合精确且棱边为完全直角。滑阀是面对称结构，因此可以只对流动区域的一半进行建模仿真。首先分别建立没有阀芯的流体区域和阀芯实体，然后进行装配，最后装配图在Gambit中做布尔运算得到二分之一的流体区域模型。

1.2 使用Gambit划分网格

Gambit软件做为面向CFD的前处理软件，其划分网格的功能非常强大，既可以生成结构化的网格，也可以生成非结构化的，还可以是混合型网格。本文多路阀主阀芯V—U型节流槽滑阀阀口的网格划分如图1所示。

图1 V—U形节流口网格划分

1.3 边界条件处理

划分好网格后，将mesh文件导入Fluent中，并做以下假设, 液压油为不可压缩流体，密度为860kg/m3， 运 动 粘 度 为 4× 10-5m2/s ， 系 统 中 无热传导现象，进口和出口均为压力条件，进口压力为12MPa，出口压力为10MPa，滑阀所有壁面设为WALL边界，无滑移，采用标准壁面函数。

2 仿真分析

本文分别针对阀口开度为x=1mm，x=2mm，x=3mm，x=4mm时，对多路阀的速度矢量图进行仿真及阀口流量模拟。

图2 不同阀口开度速度矢量图

图2 为稳态时不同阀口开度对应的阀口处的速度矢量图。由仿真结果可知，速度在对称面上的分布基本一致，阀口开度越大，流体在阀口处的流束也越来越大，流束流出阀口的流速也越大，但流束最大速度值却逐渐减小，流出方向也逐渐向阀芯轴线偏移，并且在阀腔内会出现漩涡。随着阀口开度的增大，流束射流角逐渐减小。

由Fluent仿真可知，阀口开度为1mm、2mm、3mm、4mm时对应的出口流量分别为0.005631kg/s、0.08546kg/s、0.25509kg/s、0.410528kg/s，由对应关系可以仿真出流量曲线。仿真流量曲线与通过理论推导的流量曲线对比图如图3所示。由图可知，两种方法得到的流量曲线中流量变化趋势基本一致，数值基本相近。

图3 理论流量曲线与仿真流量曲线对比图

3 结语

通过Solidworks软件与Gambit软件的结合建立主阀芯流出的三维模型，可以解决Gambit不能进行参数化设置，不同阀口开度需要多次重复建模的问题，并且通过Fluent仿真可以得出不同阀口开度时流场内速度矢量分布的变化情况和通过阀口的流量大小，并与理论公式推导得到的流量基本吻合。

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