锥阀阀口气穴流场的数值模拟与试验研究高红傅新杨华勇（浙江大学流体传动及控制国家重点，阀体和阀芯的振动分别用涡流式位移传感器和激光位移器来检测，进口压力波动信号由压力传感器测量，被测信号通过数字应变测量仪传递给计算机进行处理。

　　可视化试验装置如所示，在可视化系统中采用了两套纤维镜（包括氙灯源）和高速电视摄像机。两个纤维镜分别与两个高速电视摄像机连接，可以从两个方向同时观察阀口流动。高速电视摄像机的采样时间是0.002s.阀口流动与阀芯振动从两个方向同时记录，并将采集到的数字图像信号输入到计算机中进行处理，以获得气穴流场的分布高红等：锥阀阀口气穴流场的数值模拟与试验研究信息。

　　5仿真与试验结果分析工业纤维镜氙灯源（a）图像集系统反射面压力调节艨钉（F）弹簧腔（H〉泄油口（D）/出油口（丁2>阀座~进油口（P>可视化试验装置在如b所示的试验用锥阀中，弹簧预紧力可通过螺钉F调节。油从进油口P进入阀腔，经过出油口TPT2回到油箱。泄油口D用来排出弹簧腔H内的油。在窥视孔内可插入工业纤维镜，从正面和侧面两个方位观察阀口附近的流动状态。试验用锥阀主要参数：锥角20为60°，阀芯质量为407.0g，弹簧刚度）t为22.95kN/m.试验用矿物油密度为864.8kg/m3，所示锥阀阀口气穴流场的数值仿真结果。

　　从a所示的为阀口处的压力等值线分布，可以看出油液喷出阀口后，在阀腔内形成较大的压降，尤其在阀口处，流体在阀座锐缘产生分离，故存在低的压力区。在旋涡流型区域内也有相对较低的压力。由于矿物油的饱和蒸气压力很低，为-101kPa，而空气分离压远大于蒸气压力，所以气穴的产生主要源于空气分离，当局部压力低于空气分离压时，油液中的溶解空气就分离出来，形成大量的气泡。从b所示的气体体积比等值线中，可以看出阀口附近的低压区对应的气体体积比较高，旋涡流型区的气体体积比也相对较高，由此可见气穴发生的程度与流场压力分布有直接的关系。

　　（b>气体体积比等值线图阀口压力和气穴分布仿真结果改变边界条件做进一步的仿真计算，结果表明：随着进口速度的增大，低压区与气穴区也相应增大，气穴发生的区位基本相同；而随出口压力的增大，气穴区的范围缓慢萎缩，析出气体的体积比也有所下降，表明出口压力的增大对气穴的生成与4.2试验方法首先调节压力调节螺钉使弹簧有预紧力，再调节液压回路中上游安全阀使进口压力增加，随之阀芯的提升（开度）加大，直到进入稳定流动状态。然后调节安全阀逐渐降低进口压力，使阀芯的提升减小，阀内流动变成不稳态，当阀处于自激振动时，进口压力趋向于稳定值。后，记录进口压力与阀振动信号，并用高速摄像机采集流场图像。

　　发展有一定的抑制作用。

　　采用与所示仿真计算相同的边界条件，对锥阀阀口气穴流场进行可视化试验研究。从阀芯侧面和正面两个方向拍摄，得到阀口气穴流场原始影像，对其进行数字处理后，获得所示的二进制图像，中白色部分为气穴发生的区域，由阀的轴对称性可知沿阀芯圆周有明显的气穴现象。a是从侧面观察得到的气穴，其特征为沿阀芯发布。

　　机械工程学报且与阀芯表面有几个毫米距离。b是阀芯正前方的气穴云图，其特征是气穴云覆盖阀口附近的阀芯表面。

　　计算机处理后的二进制图像由数字应变测量仪器记录到的阀芯振动信号如所示，阀芯的平均提升位移为2，平均振动幅度为±0.05mm.阀体振动幅度为0.比较b和所不的仿真与试验结果，可以看出试验观察到的气穴发生区域与计算结果中析出气体体积比较高区域基本一致，而中检测到的阀芯平均提升位移为2 mm，与计算中阀口开度相同，因此，试验与仿真的条件和结果均相当地吻合。

　　6结论（1）试验观察到的气穴发生区域与计算得到的析出空气体积比高的区域基本吻合，表明RNGA-f模型能够有效地预测阀口附近的气穴发生区域。

　　计算结果表明气体体积比高的区域对应压力低的区域，因此在实际运用的锥阀中，可通过检测阀内流体压力的方法预测气穴可能发生的区域。

　　（3）进口流速增加，使低压区与气体体积比高的区域同时增大，气穴发生区域几乎相同。

　　（4）随出口压力的增大，气穴区的范围缓慢萎缩，气体体积比有所下降。

　　因此，气穴的程度与低压区的压力和范围有直接的关系。在阀内流道设计时，可通过结构与参数的优化，缩小低压区，以控制气穴的初生和发展。