[发明专利]一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法

说明书

一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化方法，属于工程机械中多路阀仿真分析领域，步骤为：首先，搭建多路阀测试实验台，对不同开度和流量下多路阀的压力损失和液动力进行测试。其次，根据二维图纸，利用Solidworks建立三维模型，将模型导入ANSYS中进行流道模型抽取以网格划分；将网格模型导入Fluent中设置仿真条件并进行仿真，将仿真结果与实验结果进行拟合，不断修正仿真模型。最后，根据修正过的仿真模型找出影响压力损失和液动力的关键结构尺寸，利用Matlab和Isight的算法工具箱对结构参数和优化目标进行拟合和方程求解，并根据实际需求选取最优解。本发明通过实验和数值模拟相结合的办法，提供一种多路阀的结构参数优化方法，为阀类元件的设计生产提供指导。

技术领域

本发明属于工程机械中多路阀仿真分析领域，涉及一种基于Fluent的多路阀仿真分析与结构优化设计的方法。

背景技术

多路阀是多联换向阀集成于一体的多功能换向阀，能够对不同的执行机构实现同时控制，从而实现执行机构的复合动作，在各种工程机械中有着广泛的应用。多路阀的性能直接决定了液压系统控制的精确性。国内外许多学者应用理论推导、实验或者仿真的手段对多路阀的各种特性展开了研究。众多学者在阀类元件的液动力的分析，射流角度、压力损失等方面做了大量的研究。对于实验研究来说，由于实验条件的限制，并不能直观的了解阀内流场的状态以及阀芯壁面所受力的情况。同时对于数值模拟的方法来讲，往往由于缺少相关实验数据作为参照，导致仿真边界模型选取不准确，并不能真实的模拟阀内流场的情况。同时多路阀结构复杂，阀芯和阀体的设计和制造成本较高，很难制造大量的元件进行结构优化分析和实验。基于此，本发明方法根据工程应用的多路阀模型为研究对象，以实验数据为基础，以数值模拟为研究手段，提出了一种多路阀仿真分析和结构优化设计的方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对现有实验与仿真研究方法的不足，提出一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化设计的方法，将多路阀结构优化的工程性问题变成数学和仿真分析问题，为多路阀结构优化提供了简单快捷的方法。

为了解决上述的技术问题，本发明所提供的技术方案为：

一种基于Fluent的多路阀仿真分析和结构优化设计的方法，包括以下步骤：

第一步：对多路阀的液动力、压力损失进行实验测试

1.1)搭建实验台，对多路阀测试回路进行连接；

1.2)测试多路阀在不同流量、不同阀口开度下的液动力、压力损失情况，并对所得数据进行记录。

第二步：利用Fluent对多路阀进行仿真分析

2.1)根据多路阀的二维图纸，得到多路阀模型的基本尺寸参数，利用 Solidworks建立不同阀口开度的多路阀三维模型，并输出为igs文件；

2.2)将步骤2.1)中输出的igs文件导入Workbench中DM模型处理器，利用DM中的填充和修补工具，将多路阀内油液流动的流道模型抽取出来。将流道模型导入Workbench中的Mesh网格处理器，采用多区网格划分的方法对流道模型划分网格，并设定模型的各个入口、出口以及壁面的名称，并输出为mesh 文件；

2.3)利用Fluent读取步骤2.2)中得到的mesh文件进行仿真分析，设置仿真的数学模型、物性参数、边界条件，选择计算方法，设定模型的迭代步数为3000 步，并开始数值模拟计算，得到仿真结果；

所述的数学模型包括多相流模型、k-e湍流模型；所述的物性参数包括流体密度、动力粘度、饱和蒸汽压、蒸汽黏度；所述的边界条件包括入口流量、出口压力、壁面条件。