基于Fluent液压集成块内部流道流场的数值模拟

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基于Fluent的液压集成块典型流道流场仿真分析

ａ）三维结构示意图
ｂ）尺寸结构示意图
图１流道结构示意图
２数学模型液压集成块内部的液流为粘性不可压缩流体，液
流在直角管道转弯处多数情况下为紊流。因此，控制模型采用标准ｋ—ｓ湍流模型，具体控制方程如下Ｈｊ：
收稿日期：２０１３－０７－０９作者简介：谢国庆（１９８６一），男，湖北宜昌人，助理工程师，硕士，主要从事流场数值仿真、液压服系统的设计与研究工作。
液压与气动
２０１３年第ｌ２期
ＤＯＩ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－４８５８．２０１３．１２．０１１
基于Ｆｌｕｅｎｔ的液压集成块典型流道流场仿真分析
谢国庆，李运初ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＦｌｏｗＦｉｅｌｄｏｆＴｙｐｉｃａｌＣｈａｎｎｅｌＩｎｓｉｄｅ
一般来说，液压集成块内部流道中都会含有较多的直角转向结构，并且大多附带有工艺孔和刀尖容腔，其流动性能的好坏对整个管网的流动特性会产生重要影响－２Ｊ。因此本研究从直角转向结构最常见的“ｚ”形孔道模型出发，采用Ｆｌｕｅｎｔ软件来分析工艺孑Ｌ、刀尖容腔对液流压力损失的影响规律，从而为液压集成块内部流道的改进提供理论依据。近几年来随着计算流体动力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ，ＣＦＤ）方法和计算机技术的快速发展，使采用数值计算的方法来仿真集成块内部流道内液流的三维复杂流动成为了可能Ｊ。１物理模型
图１所示为由一对直角转向组成的ｚ字形管路，液流的方向如图１ａ中箭头所示。ｄ，、ｄ：分别为人流孔道和出流孔道直径，ｄ为工艺孔直径，工艺孔的上端用堵焊的方式封堵。由于采用机械加工的方法，在流道的底部一般会形成带有一定锥角的刀尖容腔ｂ。

基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析

基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析张静;高东玲;王晓辉【摘要】基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究.在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律:在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低.通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显.研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】滑阀;流速压力;压力流量特性;流量系数;半圆形节流槽【作者】张静;高东玲;王晓辉【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀是液压系统中非常重要的元件，主要通过控制流体的压力、流量和流动方向来满足工作要求，使各类执行元件实现不同的动作[1]。

液压控制阀的内部结构比较复杂，主要由阀体、阀芯、操纵控制机构等主要零部件组成。

滑阀类的阀芯是圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。

非全周开口滑阀具有水力半径大，抗阻塞的特点，其流量范围大，易得到较小的稳定流量，在液压比例阀和伺服阀中得到了广泛应用[2]，节流槽滑阀的特性分析对液压阀的性能提升起着很重要的作用。

近几年随着计算机科学技术的不断发展以及计算流体力学理论的丰富。

人们借助CFD技术对液压阀复杂内部流场进行数值模拟和可视化分析，成为液压领域的热点。

基于Fluent液压阀流场的动态仿真及可视化研究

关键词：液压阀流场动态网格可视化计算
ＮｕｍｅｉａｍｕａｉｎａｄＶｉｕｌａｉｎＲｅｅｒｈｏｈｌｗｉｌｒＩｃＳｉｌｔｎｓａｉｔｓａｃｆｔｅＦｏＦｅｄｏｚｏＩｓｄｈｏｐｔＶａｖａｅｎＦｕｎｉｅｔｅＰｐｅｌｅＢｓｄｏｌｅｔｎ
ＢＡＯｉａＨａｔｏ
（ｅａｔｎｆｒｎｐｒＥｇｅｒｇｕｉｎＣｌｇｆｅｈｏｇ，ａ’ｎ２３０，ＣＤｐｒｍｅｔａｓｏｎｉｅｎ，ＨａｙｏｌｅｏｃｎｌｙＨｕｉａ２０３ＨＮ）ｏＴｔｎｉｉｅＴｏ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｏｓｕｄｕｒｈｒｏｈｏｅｙｏｈａｖｔｙｆｔｅｎｔｅｐｒｐｒｆｔｅｖｌｅ，ｔｅｆｗｅｄｉｓｄｈｏｐｔｖｌｅｉｉｌｔｄｂｓｎｔｈｏｆｌｎｉｅｔｅｐｐｅａｖｓｓｍｕａｅｙｕｉｇｌｉＡＬＥａｄｄｎｍｉｓｔｏｎｙａｃｍｅｈｍｅｈｄ，ａｄｔｅｖｌｅｂｄｅｏｉｎｒｓｕｅｆｅｄｈｖｅｎｇｖｎｏｔｔｎｈａｖｏｙｖｌｃｔａｄｐｅｓｒｌａｅｂｅｉｅｕ．Ｉｙｉｃｎｍｏｅｃｅｒｙｒｆｅｔｔｐｏｖｍｅｔｗｉｎｔｅｃｍｐｅｏｔｒｕｈｔｅｖｓａｉｅｎｙｉ，ｔｅａｒｌａｌｅｃｈｅｓｏｌｍｏｅｎｔｈｏｌｘｆｗｈｏｇｈｉｕｚｄａａｓｓｈｌｈｉｌｌｌｖｖｎｅｏｏｆｅｄａｄｔｅｅｅｇｏｓｈｖｅｎａａｙｅｌａｅｉｔｒｒｆｗｌｎｈｎｒｌｓａｅｂｅｎｚｄ，ａｄｍｏｅｔｅｒｓｓｈｓｂｅｎｐｒｖｄｉｌｉｙｌｎｒｈｏｙｂａｉａｅｏｉ — ｅｏｈｏｃａｎｅｔｕｔｒｐｉｚｔｏｓｇｄｆｒｔｅｆｗｈｎｌｓｒｃｕｅｏｔｍｉａｉｎｄｅｉｎ．ｌＫｅｗｏｄｓ：ｏｐｔＶａｖｙｒＰｐｅｌｅ；ＦｏＦｅｄ；ＤｙａｃＧｒｄ；ＶｉｕｉｅｌｕａｉｎｌｗｉｌｎｍｉｉｓａｚｄＣａｃｌｔｏｌ

基于Fluent软件的大流量液压锥阀流场的数值模拟

Abstract：The hydraulic poppet valve is an important control component in the hydraulic system，whose characteristic of the inner flow filed influences directly the valve ＇s performance. Based on the finite volume method of the CFD software，the hydraulic oil flow inside the big flux poppet valve is simulated. The streamline、 pressure and velocity patterns have been given and analyzed the influence with the opening position and flux. The study has offered the significant theoretic reference to forecast the performance and optimize of the big flux poppet valve in engineering. Key words：hydraulic poppet valve； big flux； inner flow filed； CFD
基于 Fluent 软件的大流量液压锥阀流场的数值模拟
赵永杰，卢永锦
（中国船舶重工集团公司第 704 研究所，上海 200031 ）
摘
要：液压锥阀作为液压系统的主要控制部件，阀内流场直接影响阀的工作性能 . 本文采

基于Fluent液压集成块内部流道流场的数值模拟_李海龙

图6 Y = 22 平面压力图
止区，液流流动要克服滞止区内液压油的粘性力作用而产生能量损失，同时涡旋自身旋转也会消耗一定的
能量。通过转向 A 处的流线图可以看出，在转向 A 处的工艺口容腔也有涡旋产生，涡旋区内的流线较为密
集，液流做不规则的旋转、碰撞、回流运动，涡旋内的反向回流运动，与主流运动混在一起，进一步扰动主流运动，给主流运动造成巨大的阻碍，消耗主流运动的能［5 ］量，从而导致液流的压力损失。因此，液流在直角转向 A 处产生大约 0． 1 MPa 的压力损失。液流在涡旋的影响下，流动一段距离后，又逐渐扩张、附壁，渐趋
C w AM w E w O .c 楷 am 模 eo C .o AE rg 案 .c 例 n 库
图7 图8
提到的压力降低区域。在分离涡旋区 S 内，流线比较稀疏，压力较低，涡旋中心速度近似为零，形成流动滞
Z = － 28 平面压力图
X = － 4 平面压力图
从上面分析的结果可以看出，液流在集成块内部产生能量损失的位置在流道转向处和工艺孔容腔。产生能量损失的原因为液流在流道转向处产生分离涡旋区并形成流动滞止区，液流流动要克服滞止区的粘性力作用，同时形成的涡旋自身旋转也需要消耗一定的能量，因此产生了液流的能量损失。另外，工艺孔容腔内涡旋的反向回流，也加剧了对主流运动的扰动，进一步造成液流的能量损失。因此，为了减小液流的能量损失，在设计集成块时应尽量减少流道转向结构和工艺孔容腔的的数目，以降低产生涡旋的机率。结论本文利用数值模拟方法，应用 Fluent 软件对液压集成块内部流道流场进行了仿真研究，得到以下结论: ( 1 ) 液流在液压集成块内部流道的流动非常复杂，液流在转向结构内侧形成的分离涡旋区是产生能量损失的主要原因。液流在流经分离涡旋区时，转向结构外侧的压力总是大于转向结构内侧的压力; ( 2 ) 工艺孔容腔内涡旋的反向回流，对主流运动扰动很大，加剧液流的能量损失; ( 3 ) 设计集成块时，尽量减少集成块内部流道的

基于Fluent的液压集成块典型流道流场仿真分析_谢国庆

图 6 和图 7 分别是上、下游刀尖容腔的速度矢量，，图从图中可以看出上游刀尖容腔内几乎没有漩涡产生，下游刀尖容腔的漩涡与图 2 中的漩涡相比，漩涡尺寸明显变小，漩涡强度变弱，这表明液流经过无刀尖容 “Z” 腔的形孔道时压力损失将降低，这是因为没有了刀尖容腔，避免了在其间产生尺寸更大的漩涡，减少了漩涡带来的压力损失，使得能量损失降低。图 8 是无刀尖容腔的孔道压力云图，分析孔道中的压力分布可知，液流在整个流道中的压力损失为 1. 3 MPa，比有刀这更加证实了尖容腔的孔道压力损失减少 0. 1 MPa，采用无刀尖容腔孔道能有效地降低压力损失。
图3 孔道压力云图
造成的能量损失就越大。 4． 2 刀尖容腔对流场的影响从图 2 可以看出，上下直角转向处的刀尖容腔内，都有漩涡产生液流在该区域出现分离和脱流，并在分离区产生漩涡。漩涡的尺度越大，造成的能量损失也漩涡是产生能量损失的主要原因。为了避免漩越大，将刀尖容腔的涡在刀尖容腔内产生较大的能量损失，体积缩小对其流场进行仿真分析，没有刀尖容腔的 “Z” 形孔道结构如图 5 所示。
[(
μ+
μ t k σ k x j
)
]
+ G k － ρε
（ 4）
图2 孔道流线图及速度矢量图
G k 为平均速度梯度引起的湍动能 k 的产生项，式中， u i u j u i Gk = μt ， σ k 为经验常数，这里取 σ k = + x j x i x j
(
)
从图 3 中的压力云图可以看出，入流孔道的压力基本恒定（ 4. 44 MPa），说明入流孔道的沿程阻力损失较小；工艺孔道内的压力梯度变化很大，说明工艺孔内液流的压力损失也很大。为了定量地分析液体流过液压集成块压力损失的大小，以集成块内部流道的长度为 X 轴，液流的压力损失为 Y 轴建立如图 4 所示的坐

管道中流场的数值模拟

管道中流场的数值模拟摘要本文将通过使用FLUENT流体仿真软件进行数值模拟，并且应用标准K-ε双方程模型，对管道中加入整流元件的流场进行了三维的数值模拟。

通过与没有整流元件的流场进行分析对比。

经过两种情况下的仿真结果对比，从对比的结果来看，整流元件具有良好的稳定流场的作用和良好的抑制涡流的。

关键词数值模拟；整流元件；流场0引言我们知道性能优良的整流元件可以改善流体进入流量计的管道前的流动状态，为了提高流量计的测量准确度，可以采用优化流动条件的方法，在这里我们通过使用FLUENT流体仿真软件对加入了整流元件的管道进行流体仿真模拟，通过仿真结果可以看出整流元件具有良好的整流效果。

而FLUENT流体仿真软件是用C语言开发的一款软件，它使用的是用户/服务器的结构方式，它支持UNIX操作系统和Windows操作系统平台，还支持并行计算，它可以在不同的操作系统的工作站和服务器之间协调完成同一任务。

FLUENT流体仿真软件采用的是菜单界面与使用者交互的。

使用者可以根据需要通过多窗口的方式观察计算的进程，查看计算的结果。

同时仿真以后的计算的结果可以采用多种方式进行查看，比如说云图，剖面图，等值线，XY散点图，动画，矢量图等方式，对于最后的结果可以进行贮存和打印，最后的计算结果也可以保存成为其他后处理软件或者是仿真软件所支持的格式。

FLUENT流体仿真软件还提供了用于使用者编程的接口，使用者可以在其基础上重新定制和控制相关的输入输出，而且使用者还可以再次开发利用。

1建立几何模型安装整流元件在管道中的目的就是为了可以使在达到规则速度分布的后减小所需要的直管段。

我们知道在计量中，在封闭的管道中输送，能够造成流量计量的误差的因素有很多，其中我们知道的流量计内的流动状态的畸变就是其中的一种。

在流量计上安装整流元件是消除或最大程度地减少流动状态畸变的一种有效方法。

本文将参照中华人民共和国国家标准GB-T2624.1-2006附录C中有关流动调整器和流动整直器的相关介绍，模拟了一种整流元件。

基于Fluent软件的大流量液压锥阀流场的数值模拟

ａｄｖｏｉｔｒａｅｅｉｎａｎｌｅｆｕｎｅｉｅｉｓｉｎｆｘｈｕｙｎｌｔｐｔｎｈｖｅｇｖｎａａｙｄｔｉｅｃｗｔｔｏｎｇｉｏａｌ．Ｔｅｔｅｃｙａｅｓｂｎｅｄｚｈｎｅｌｈｈｐｎｐｔｎｄｕｅｏｓｄｈｓｏｅｄｔｅｉｉｃｎｅｒｔｆｒｃｔｆｒａｔｈｐｒｒａｃｎｔｉｔｅｉｆｐｐｅｖｌａｒ￣ｆａｔｏｉｒｅｎｅｏｏｅｅｅｏｍｎｅｄｏｉｚｏｈｇｚｏｐｔａｖｆｅｈｓｔｈｅｃｅｅｃｔｓｆａｐｍｅｆｂｌｅ
Ａｂｓｒｃ：ｈｙｒｕｉｏｐｅａｖｎｉｏｒａｔｃｎｒｌｃｍｐｎｎｎｔｅｈｄａｉｙｔｍ，ｗｈｓｈｒｃｔａｔＴｅｈｄａｌｐｐｔｖｌｅｉａｍｐｔｎｏｔｏｏｏｅｔｉｈｙｒｕｃｓｓｅｃｓｌｏｅｃａａ－
给出了流场中的静压分布、流动能分布及流线图．湍
元件，以液压阀的性能对整个系统的性能起着至关所重要的作用 …．液压锥阀在液压系统中的应用非常普
遍，它具有密封性好、响应快、过流能力强及抗污染能力强等特点，尤其是在近年来发展起来的插装阀、比
些学者对锥阀的锥阀流场特性进行了研究．高
工作过程进行了探索性仿真研究，从理论上得到了开口度和流量对流场特性的一些影响规律，对其在使用
收稿日期：００ｌ —Ｏ２１一１１

基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析

张静，高东玲，王晓辉
７３００５０）（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州
摘
要：基于Ｆｌｕｅｎｔ流场仿真软件，对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究。在相同计算条件
下，分别真，得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流
化提供了有效数据，并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值。
关键词：滑阀；流速压力；压力流量特性；流量系数；半圆形节流槽中图分类号：ＴＨ１３７文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－－４８５８（２０１５）０４－００５６－４０
ＴｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＳｐｏｏｌＶａｌｖｅＢａｓｅｄｏｎＦｌｕｅｎｔ
ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ，ＧＡＯＤｏｎｇ — ｌｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｏ — ｈｕｉ
ｐｅｎｉｎｇ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｐｏｔ，ｒｔｈｅｌｏｗｅｓｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｌｆｏｗｉｆｅｌｄａｎｄｌｆｏｗｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌ —
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙ，Ｌｇａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００５０）

基于Fluent的泵的液压结构流体分析

３２．运动速度仿真
运用软件对模型进行简化．设柱塞从起始位置假运动至复位的一个周期的时间为Ｔ．出柱塞、阀、得杆阀板的运动速度分布如图２所示。
也要受到冲击作用。
基于Ｆｕｎ的泵的液压结构流体分析ｌｅｔ
口王三武口蒋益飞口毛
武汉
龙
口杨
涛
武汉理工大学机电工程学院
４０７３００
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
要：对泵的设计过程中相关结构进行分析改进。该泵可以归结为容积泵，针通过柱塞在填料箱里面上下往复运
而导致液体回流，压量过大，导致液体吸人不顺预会畅，响泵的工作效率。影２）阀板的厚度／泵在工作过程中，板会重复Ｔ：／，阀地受到液体的冲击作用，度过薄会导致变形，响厚影其工作性能。
更加顺畅也是必须考虑的。
收稿日期：００年８月２１
１吸入过程：板保持闭合状态，阀的最大行）阀杆程为６７ｍｍ。．
ｔ＝．０时，因上下表面液压差，阀开始下行。／ＴＯ０杆当柱塞下行至００７Ｉ．２ｎ时（时ｔ＝．０，杆阀运动此／ＴＯ３）至最大下行程位置００６７１．０１１／ＴＯ３＝．７时，因上下表面液压差，阀开始上行。杆

液压集成块典型转弯孔道流场仿真分析

ＵＮＹｉｚｈｏｎｇ．ＣＨＥＮＬｉｌｉ，ＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇｎａｎ
（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＮａｎｎｉｎｇＧｕａｎｇｘｉ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｙｐｉｅＭｔｕｒｎｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｉｎｓｉｄｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｍａｎｉｆｏｌｄｂｌｏｃｋ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｉｐｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＧＡＭＢＩＴ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｓｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｓｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＦＬＵ— ＥＮＴ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｒａｆｔｗｏｒｋｈｏｌｅａｎｄｅｃｃｅｎｔｒｉｃｔｈｒｏｗｏｎｐｉｐｅｌｉｎｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｉｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐａｔ－ｔｅｒｎｏｆｎｏｃｒａｆｔｗｏｒｋｈｏｌｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｒｉｇｈｔａｎｇｌｅｔｕｒｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄａｓｆａｒａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｗｈｅｎｔｈｅｌａｙｏｕｔｉｓｖｉａｂｌｅ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｒｅｌｏｗｅｓｔ．
直角转弯是液压集成块中最为常见的孔道连通形式，其流动性能好坏对整个管网的流动特性具有至关重要的影响角转弯结构流场进行仿真分析，探讨不

基于FLUENT液压集成块管内数值仿真

·16·
设计与研究
机械
2008 年第 12 期总第 35 卷
基于 FLUENT 液压集成块管内数值仿真
袁昌耀，傅连东，王佳，刘龙园，陈忱
（武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉 430081）摘要：针对工程中的液压集成块，应用前处理软件 Gambit 建立其内部流场的三维模型，采用 FLUENT 软件提供的 k − ε 湍流模型对不同结构管道流场进行了数值模拟。通过大量的仿真，分析了偏心距，工艺孔直径，和流向等参数对管道流场的影响。非正交方式连通时，必须根据输出输入管道直径关系选择合适的偏心距离，一般来说 r< 0.8 min（d1，d2）；工艺孔直径应当大于最小输入输出管道直径；在布局布孔条件允许的情况下，进油主流道应尽可能使用液流方向与刀尖角相对的结构形式进行两相交管路的连通，以减少刀尖角区域对下游流动所造成的能耗损失。依据仿真的结果对液压集成块进行了进一步的优化，优化后的集成块在实际工程应用中有很好的效果。关键词：流场；数值模拟；集成块；FLUENT 中图分类号：TP69 文献标识码：A 文章编号：1006－0316(2008)12－0016－03
———————————————
计算速度、稳定性和精度等方面达到最优，提高效率地解决各个领域的复杂流体计算问题。特别是针对像管路压力驱动流场可以很好地保证计算的收敛和数值的精度[1~6]。
1 仿真模型建立
1.1 物理模型
本文以实际工程设计的液压集成块的流道为研究对象。某比例阀液压缸综合试验台主泵调压原理如图1及初步设计的液压集成块如图2。
（4）式中： µt = Cµ f µ ρ k ；n代表壁面法向坐标；u为
2
ε
与壁面平行的流速。在实际计算时，方向n可近似取为 x， y和z中最满足条件的一个，速度u也做类似

基于Fluent液压阀流场的动态仿真及可视化研究

%
( & 0 .* !- ) ) & 0 .*
/ * * *
式中， -/ ’ . 是与结点 . 相连的节点数 . 是结点 . 的位移，目， 0 .* 结点 . 与相连的节点 * 之间的弹性常数，定义为 0 .* % 6 ) ! 1 -. ( -* 1 当边界结点位移己知时，就可以用 <’-)5# 扫描算法求解上述方程。得到收敛解后，内部结点的位置被更新。当边界结点的位移相对局部网格的尺寸很大时，网格的质量将变得很差。为避免这一问题， 3&%,*( 软
,
其中 ’ 和 ’ X 6 代表了一个时间序列， ’ 代表了当 ’ X 6 下一步的时间，第 ’ X 6 个时间体积为前步时间， " ’ #6 % " ’ # G" !! G!
G" ) G! 是控制体积的时间导数，为了满足网格守恒定律，控制体积的体积时间导数为 G" % G!
*H ’+
,
*"
/ #6 ’. ’.
!
"#$%&’ 求解器选择
在 3&%,*( 软件中输入 4’$5#( 的网格模型后，根据
实际情况对求解器作如下参数设定： G,H#*,+ $)G,&I + I)&J,K。设定采用非耦合方式。 LA 轴对称，非稳态； G,H#*,+$)G,&I+J#I-)%I。选择粘度模型为紊流； G,H#*,+$)G,&I+,*,K/0。加入能量计算方程； G,H#*,+$’(,K#M&I。定义物质属性。选取油作为流动力粘度为 OS 6T D’・I。动介质，其密度为 N1O P/ Q $R ， G,H#*,+5)%*G’K0 -)*G#(#)*I。定义边界条件：入口出口压力为 OS 6O62 ?D’。压力为 OS 11L ?D’， G,H#*, + %I,K U G,H#*,G + H%*-(#)*I + -)$V#&,G。设定通过 W9 X X 编程的阀芯运动方程 G,H#*, + G0*’$#- $,I. + V’K’$,(,KI。设置最大单元体积为： OS 6L $$R ，最小单元体积为： OS OOO 66 $$R 。

[16] 基于FLUENT的动态高压微射流内部孔道流场的数值模拟

１１４
６卷高压物理学报第２
可能存在的吸附、重聚集和破碎现象进行了研究。是因为提供了足够强大的作用力场。高压微射流均质机之所以对物料起着良好的超细化处理效果，［［１２］２］早期研究一般认为主要作用力是剪切力和气穴作用力，Ｐａｕｉｎ认为气蚀现象是占６０％的主要作用ｑ
］１３１４－方式。刘伟等人［通过对振荡反应腔微孔流道各段流场的压力、能量及动力学行为进行分析，认为其１］，主要的力学作用可能包括高速撞击作用、高频振荡、瞬时压力降、强剪切、气蚀作用等［但对其作用机
制和原理没有清楚解释。流体速度大小及分布情况对其间作用力的大小有决定性影由于动态高压微射流流场内流体压力、所以进一步探究微射流流场内基本物理量的具体分布情况对认清流场作用机理很有必要，也是推动响，该项高压技术发展的有效途径。本研究创建动态高压微射流振荡反应腔内部孔道的几何模型和网格模型，选择Ｓ设置边界条件及相关参数后，运用ＦＩＭＰＬＥＣ算法和ＲＮＧｋＬＵＥＮＴ软件－ ε 模型进行计算，对流场进行数值计算，模拟并揭示流场内各位置处静压和速度分布情况，为动态高压射流均质机作用机制的深入研究及动态高压射流均质机振荡反应腔的优化设计提供参考。
采用标准ｋ然后转为二阶离散格式，并为加快收敛速度，－ ε模型在一阶精度格式下迭代计算收敛，将能量松弛因子设为０．其它保持默认设置后迭代收敛，最后采用Ｒ８，ＮＧｋ－ ε 模型进行求解。
２．３计算结果检验
、、收敛）系统流量（不平衡度小于０．网格衡量参数Ｙ＋值（约等于１且不超过５）１％）通过残差图（３方面对计算结果进行检验。

Fluent教程案例7-油水两相流动数值模拟

实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据. 还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据.混合物模型（Mixlure 模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

一、实例概述选取某输油管道工程管径600mm的90°水平弯管道，弯径比为3，并在弯管前后各取5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。

为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化，可截取图所示的5个截面进行辅助分析。

弯管进出口的压差为800Pa，油流含水率为20%。

2500500018002500600二、模型建立1.启动GAMBIT，选择圆面生成面板的Plane为ZX，输入半径Radius为0.3，生成圆面，如图所示。

2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入1.8，完成该面的移动操作。

3.选取面，Angle栏输入-90，Axis选择为（0,0,0）→（0,0,1），生成弯管主体，如图。

4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择AxisLocation 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。

5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如图所示。

6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管段，在x栏输入1.8，即向x轴正向平移1.8。

基于FLUENT的液体分布器内部流场分析

计算流体动力学（CFD ）是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科。

CFD 应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的计算机，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类流体的运动和传热传质规律的三大守恒定律，及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。

它兼有理论性和实践性的双重特点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的解决方法。

CFD 的运用改变了传统的设计过程，由于CFD 软件可以相对准确地给出流体流动的细节，可以较准确预测产品的整体性能，并从对流体的分析中发现产品或工程设计中的问题，减少未预料到的负面影响，使得产品设计或优化对实验的依赖性大为减少，能够显著缩短设计周期，降低费用。

1FLUENT 软件介绍FLUENT 是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包，在美国的市场占有率为60％，只要涉及流体、热传递及化学反应等的工程问题，都可以应用FLUENT 来进行结算。

它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。

FLUENT 软件设计基于CFD 软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动和物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而可以高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。

基于上述思想，FLUENT 开发了适用于各个领域的流动模拟软件，用于模拟流动、传热传质、化学反应和其他复杂的物理现象，各模拟软件都采用了同意的网格生成技术和共同的图形界面，大大方便了用户。

FLUENT 的软件包由以下几个部分组成。

（1）前处理器：Gambit 用于网格的生成，它是具有超强组合建构模型能力的专用CFD 前置处理器。

另外，TGrid 和Filters(Translators)是独立于FLUENT 的前处理器，其中，Tgrid 用于从现有的边界网格生成体网格，Filters 用于转换由其他软件生成的网格从而用于FLUENT 计算。

基于FLUENT软件的混合器内部流场数值模拟

基于FLUENT勺混合器内部流场数值模拟摘要：本文通过使用FLUENTS件的标准k- ■:湍流模型对冷热水混合器进行三维数值模拟，分析其内部流场变化情况。

通过对液体分布器内部流场的分析模拟，能真实反映混合器内部的复杂流动，准确反映混合器内部温度、速度流场，对混合器的设计有很好的指导作用，为混合器的设计提供理论依据。

关键词：CFD; FLUENT冷热水混合器；三维数值模拟1. 引言：1.1混合器应用背景工程热水恒温混合器，是为适应中央热水工程向大型化、自动化个人性化发展的技术要求而研发的，是为太阳能热水工程和各种生活热水器供水系统专门配套的一种全自动洗浴水恒温控制设备。

广泛适用于宾馆、饭店、学校、医院、厂矿、机关及洗浴中心、游泳池等大中小型生活热水系统。

由于混合器的广泛使用，混合器内的各个流场也受到内流研究者的广泛关注。

1.2 FLUENT软件背景FLUEN■是美国FLUENT公司开发的集流场、燃烧和热、质量传输以及化学反应于一体的商业CFD软件，也是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。

FLUENTS件的最大特点是具有专门的几何模型制作软件Gambit模块，并可以与CAD连接使用，同时备用很多附加方程添加接口，使用了目前较先进的离散技术和计算精度控制技术，如多层网络法、快速收敛准则以及光滑残差法等，数学模型的离散化合软件计算方法处理较为得当。

实际应用中发现，该软件在模拟单相流动或进出口同向或方向流动时，可以得到较好的模拟结果，且具有一定的计算精度。

FLUENT软件包主要具有常用的6种湍流数学模型、辐射数学模型、化学物质反应和传递流动模型、污染物质形成模型、相变模型、多相模型、流团移动模型、多孔介质、多孔泵模型等。

FLUENTS件的核心部分是纳维一斯托克斯(Navier-Stokes )方程的求解模块。

用压力校正法作为低速不可压流动的计算方法，包括SIMPLE SIMPLECPISO 三种算法，采用有限体积法离散方程，其计算精度和稳定性都要优于传统编程中使用的有限差分法。

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本文以一个由４个液压阀装配成的液压集成块（图１所示）为研究对象，集成块中包含６条流如作该道（图２所示）如。从图２中可以看到，道１６由直流、角转弯管路组成，流道２由短直管路组成，流道３４５、、由直角转弯管路、型分支管路和工艺孔容腔组成。Ｔ字
孑道相交组成（图３所示）其中有１个输油端孑，Ｌ如，ＬＰ２个工艺孔密封端Ｄ、Ｅ及１出油端孔Ｆ个。可以分解
模拟的方法来仿真液压集成块块体流道内液流的三维
复杂流动成为了可能。它不仅能详细地显示集成块的
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２１０１年第３期
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式中，Ｃ为平均速度梯度引起的湍动能ｋ的产生项，
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（）耗散率的输运方程：５
图２液压集成块内部流道分解示意图
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式中，ＣｏＣ２ｒ为经验常数，＝１４Ｃ。．２Ｃ．４，：＝１９，
流道结构形式对流体能量损失的影响规律。近几年随
着计算流体动力学（Ｆ方法和计算机技术的快速发ＣＤ）展，ＦＣＤ数值模拟的优越性越来越明显，采用数值使
图１液压集成块装配结构示意图
这里以流道３为例进行结构分析，流道由４个该
向的流道的数值模拟，得到了流道的压力云图、速度矢量图及流线图；分析了液流在集成块内部流道产生能量损失的大小、置及原因；出了减少转向结构和工艺孔容腔的数目，位提能降低集成块内部流道的能量损失
的方法，为集成块的内部结构设计提供了依据。关键词：液压集成块；ｌｅｔ流道；场Ｆｕｎ；流
控制。
收稿日期：０９１－８２０ —２０作者简介：海龙（９２）男，龙江省汤原县人，教，李１８一，黑助硕
士，主要从事液压传动与控制方面的科研和教学工作。
２
液压与气动
ａ）．Ｏｐｕ）（（ｋ；
中图分类号：Ｈ１７文献标识码：文章编号：００４５（０１０￣０－Ｔ３Ｂ１０－８８２１）３０１４０
前言
１液压集成块内部流道的物理模型
液压集成块作为集成式液压系统的关键零部件，具有结构紧凑、件密度高、元占据空间小，护、维安装、调整和更换液压元件方便等优点，在现代的液压系统中被广泛采用。一般来说，液压集成块的内部孔道，通常采用钻、镗等加工方法。但采用机械加工的方法一般不能形成流线型流道，角转弯流道比较多，而导直从致流场结构复杂，量损失增加 … 。液压集成块的内能部通油孔道属于典型的复杂空间孔系，一个块体在上纵横交错分布着很多个长短、小不一的孔道，大孔道的连接形式可分为短直管路、角转弯管路、扩直突（）缩管路和交叉管路。由于直角转弯管路的连接形式在液压集成块设计中最为常见，因此本文从直角转弯管路的流道结构形式出发，用Ｆｕｎ软件来探讨应ｌｅｔ
为由以下结构组成：短直管路（Ａ、ＢＢ、Ｆ、４段ＰＡ、ＣＣ）２
内部流场，而且相对于实验研究，有其独特的优点：它研究成本低、周期短、在计算机上直观地显示结果、能便于优化设计；同时，它具有很好的重复性，件容易条
２１０１年第３期
液压与气动
基于Ｆｕｎ液压集成块内部流道流场的数值模拟ｌｅｔ
李海龙，高殿荣
ＴｅｎｍｅｉａｉｌｔｎｏｙｒｕｉｎｆｌｎｅｎｌｈｕｒｃｌｓｍｕａｉｆｈｄａｌｃｍａｉｏｄｉｔｒａｏｌｗｅｄｂｓｄｏｌｅｔｆｏｆｌａｅｎＦｕｎｉ
ｏ＝１３。ｒ．
３网格划分与边界条件
在Ｆｕｎ前处理软件Ｇｍｉ中，ｌｅｔａｂｔ对流道３建模并
Ｌａ —ｏｇＩＨｉｌｎ。ＧＡＯａｒｎ。Ｄｉｎ—ｏｇ
（．１辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山
１４５；）６０４
摘
要：文应用Ｆｕｎ软件对液压集成块内部流道流场进行了仿真研究，过对一个带有三个直角转该ｌｅｔ通

基于Fluent液压集成块内部流道流场的数值模拟

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