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间隙密封液压缸的UDF有限元分析

发布于:2024-09-24 19:19
有限元分析

      随着现代工业技术的发展,泄漏问题越来越受到人们的关注,为了尽可能地消除泄漏的影响,密封技术应运而生。目前,在企业中应用最广泛的密封方式是接触式密封,但这种密封方式存在易发热、寿命短、动态性能差等问题,已经远远不能满足高性能液压缸的性能要求。伴随着制造业的不断发展,接触密封的种类越来越多,间隙密封形式应运而生,得到了越来越多学者的关注。杭州那泰有限元分析公司主要应用Fluent软件中的UDF方法,对特殊边界条件如运动壁面、动网格、滑移网格、动态变化压力进口、动态变化压力出口、变黏度材料属性等编程设定,对间隙密封伺服液压缸进行动态仿真,得出了黏度与温度、压力之间的关系,通过CFD有限元分析仿真得出液压缸往复运动过程中间隙流场的特性,在考虑黏度变化时,间隙流场各种性质的变化规律。
      作为目前市场上最流行的CFD软件,Fluent不仅拥有先进的数值计算方法,具有强大的后处理能力,在世界范围里得到了广泛的应用。该论文中的模型为一个矩形均压,所涉及的特殊边界条件有:运动壁面、动网格、滑移网格、动态变化压力进口、动态变化压力出口、变黏度材料属性等。对液体的黏度影响较大的因素主要有温度和压力。虽然在一般情况下,压力对黏度的影响比较小,但是当压力很高或者压力变化很大的情况下,压力对黏度的影响就十分显著。取压黏系数λ为0.0465;温黏系数α为0.002315;45号液压油在常压、40℃下的黏度取0.03979Pa•s;由于Fluent软件中的温度默认为开氏温度,因此取t0为313.5K; 常数e取2.71828。
      通常情况下,液压油的黏度会随着流场中温度和压力的变化而变化,即温黏效应和压黏效应。当液压油温度升高时,油的内聚力减小,油的黏度减小;当液压油压力升高时,油的内聚力增大,油的黏度增大&仿真模型的边界条件为:活塞运动速度为0.4m/s;间隙流场的初始温度和液压油进口温度都为300K(即26.85℃) ;间隙流场进口压力为20MPa;出口压力为2MPa;模型运动时间为4个周期,即0.4s。仿真模型都是带有一个矩形均压槽情况,并且考虑温黏、压黏效应。
      当黏度变化时,间隙内流场的平均温度随着时间逐渐升高。在活塞换向的瞬间,间隙内流场的平均温度的升高速度会有所减小,并且在每个单向运动时间区域内,平均温度的升高速度都会呈现出先快后慢的规律。平均温度的这一变化是黏性耗散所引起的。由于液压油在流动过程中,黏性摩擦力做功,将液压油的机械能(势能和动能)转换成热能,因此,间隙中流场的平均温度会出现随时间逐渐升高的趋势。
      考虑黏度变化时,间隙流场在0.4s时的压力轴向分布所示,在0.4s时,间隙流场中的压力都是从高压区到低压区,沿轴线方向逐渐减小,在均压槽中压力基本保持不变。间隙中从入口到均压槽,再从均压槽到出口处,压力下降速度先减小后增大,这是由间隙中黏度分布造成的。当温度升高,液压油黏度降低,流体阻力减小,因此液压降减小;当温度降低,液压油黏度变大,流体阻力增大,因此液压降增大。



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