液动无控型单向阀关闭特性CFD分析*

李 莎

(上海电机学院，上海 200240)

0 引言

单向球阀是液压系统中较为常见的一类阀，通常根据球阀开闭有无控制分为主动控制式和自由落位式。自由落位式单向球阀由油道和小球组成，小球在重力或者液体的作用下完成落位，实现流动的通断控制。自由落位式球阀结构紧凑、流通阻力小、密封性能好、加工维修成本低廉，在汽车、工程机械、航空和船舶等行业的液压控制系统中使用广泛。但是自由落位球阀缺少控制元件，球阀开启和关闭时，流体处于高度非线性非定常流动，流体与小球的相互作用力在时刻变化，导致球阀的开闭特性极为复杂，增加了工程应用的难度。目前国内外学者通过理论、实验和CFD方法研究了主动控制式球阀开闭时的流场特性、阻力特性、流量系数、汽蚀、小球偏置影响等问题，而对于自由落位式球阀相关研究的文献较少。

本文以自由落位式球阀为研究对象，基于CFD动网格方法模拟小球瞬态落位过程，着重研究小球落位过程中的受力机理、球阀关闭响应特性和落位速度等问题，为理论研究和性能评估提供一种仿真计算方法。

1 物理模型建立

1.1 球阀力学模型

本文研究对象是水平方向开闭的一类梭阀，模型包括三个流通口A、B、C和2个小球B1、B2，如图1所示。该阀随三个流通口的状态变化可以实现三种通断状态：当A口作为进口时，液体流动产生的液压力推动小球B1打开，同时液体推动小球B2关闭，实现AC导通模式；当进口切换为B口时，同理液压力推动小球B2打开，B1关闭，实现BC导通模式；……