液压用油通过等径T型管的阻力特性毕业论文.doc

液压用油通过等直径T型管的阻力特性 摘要 合理测定和管连接处局部能量损失对于改善液压输送管工作效率，尤其是通过等直径T型管连接而获得合流水量和分流水量的复杂液压输送管道的效率有重要意义。按此观点，那些通过有锋利转角的等直径T型管的分流水量和合流水量的阻力损失，包括分支管道的阻力系数的计算公式都是由能量方法推导而来。在此基础上，管道中液压用油的阻力特性是由运用计算流体动力学方法液压管道的不同流动模式的数值模拟获得的，阻力损失原因分析基于水流域压力变化机制。一部分仿真结果有参考数据验证。研究显示，组合流在共同分支为获得低速流动，对称的阻力损失低于不对称时的阻力损失，但要获得高速度流动则截然相反，对分流来说，无论高速度还是低速度，对称时的阻力损失总小于不对称时的阻力损失。这些结论能用于优化液压输送管道的设计。 关键词：液压用油 T型管道 能量法 计算流体动力学 阻力特性 简介 带锋利拐弯的等直径T型管道广泛用于液压系统。由于管道的几何特性，当油流经时局部能量损失在所难免。这种可以降低管道工作效率的损失是液压管道主要损失的一部分，尤其对于那些短管连接的管道来说，研究管道的阻力特性显得非常重要且具有实际工程价值。 对水、气体这样的工程学流体流经T型管道时阻力特性的研究是为了可以通过这么多研究者（参考1-6）的共同努力提高管道的工作效率，然而，对对粘度高于水和气体的石油的单相层流的研究几乎没有报道。JIMISON（参考7）研究了雷诺数为1 0 Re 1 0 0 0 0的液压用油在带锋利转角的T型管里呈层流和湍流时的阻力特性，但由于实验条件的限制获得的数据太少而且实际应用时不够精确，此外，有些流动的配置设置不是足够合理。 随着数值技术和计算机性能的不断发展，数值模拟越来越方便、灵活和准确了。在理论和实验研究中占据重要地位的计算流体动力学（CFD）成了流体研究中重要的模拟工具，同时被广泛用于工程实践。长时间的实际应用证明，CFD能为解决管道中的单相流动提供令人满意的结果（参考8-10）。这篇论文就液压用油流经有锋利转角的等直径T型管道时的阻力损失做了深入分析。研究结果对优化液压管道和指导实际应用都非常重要。 1 数值模拟 通常，液压输送管道中的层流状态的流体宏观上可以看作一个粘滞流，这样的话，一个复杂的三维立体特点的流动就可以通过解一个在质量和动量守恒基础上减小一部分的方程而得。 2 计算经过和模拟假设 T型管中的液体流动是一个复杂的，有分割和漩涡形成的三维立体流动。为了确定预言的准确性，我们依据研究设计了一个网格。模拟制定了不同的，经过计算的网眼来限定跟墙相邻的单元与墙之间的距离。通过网格细化过程，杂乱无章的400000个网眼被建立并简化如图2所示： 每个分支都有一个相同直径和长度的横截面，要在出入口形成逆流和顺流都存在的完全的流动情形，分支长度的选择非常重要。最终，模拟分支的直径被定位10mm,长度定位40mm。在两种组合流配置和划分流配置中，入口处流入速度各自都是设定的。液压用油的流体性质为密度ρ=875kg·m-3 ，动态粘滞度=0.04375N·s/m2 。 3 结果和讨论 在此次模拟中，速度在1-5m/s范围内变动时，记录组合流μ 1 ，μ2 和划分流μ3 。由于管径和粘滞度固定，雷诺数的唯一决定因素便是流速。模拟研究是为了发现对称和非对称组合流，对称和非对称划分流的阻力损失系数与雷诺数之间的关系。图3中的数值结果使流速为2m/s时组合流入口和划分流出口的总压力形象化。 从图3（a）和（b）可以发现，当在分支入口处由于方向改变出现流动收敛，流动从墙分离，流动收缩时，产生流动影响。这直接导致形成低压区，然后在顺流的共有分支处由于流动播散和单独流动形成漩涡。如3（c）和3（d）所示，在共有分支出现播散是由于横截面积变大，另外分离、播散和依附的出现沿着俩划分流管道。通过对这个流动过程的分析，我们总结出--流动收敛，漩涡这两个流动影响因素对流经T型管的总阻力损失负有重要责任。 图4-7显示了当直通的组合流分支流体的雷诺数分别为200、400、600、800和1000时，与之对应的单个和总阻力损失系数与雷诺数之间的关系。图8和9显示在划分流共有分支出当雷诺数=200，400，600，800和1000时，各自阻力损失系数和总体阻力损失系数之间的关系。 最终，在图标中预测了有关阻力损失系数的适合公式，组合流共有分支的流速表明总阻力损失跟量级和每一分支处流速方向有关。这些相关性有利于指导液压管道的实际设计。 根据模拟结果，可以得出一系列结论：组合流仅仅一个分支的流速增量导致相匹配分支的阻力损失系数变低而其他分支的阻力损失系数增加，总阻力损失系数也减低，这个结论同时适用于对称和非对称组合流。当大部