【摘 要】
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安全阀是煤矿液压支架水压化的关键元件,但由于水介质的汽化压力较高,导致液压元件在节流口处易产生空化,同时在煤矿高压大流量的工况下,安全阀易出现腐蚀、振动和噪音等问题,严重影响液压系统的动态性能。论文以水压安全阀为研究对象,研究异形阀腔流场的稳态、瞬态空化以及安全阀系统的动态特性。论文主要研究内容如下:（1）水压安全阀异形阀腔流场稳态空化研究。通过Fluent对安全阀的异形阀腔流场进行网格划分及独立
【基金项目】
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国家自然基金项目《基于微造型阀芯与异形阀腔结构的煤矿水压安全阀基础研究》（项目编号:51675003）； 安徽省高等学校自然科学研究项目《水液压支架安全阀阀芯摩擦副润滑减磨与阀口气蚀消减机理》（项目编号:KJ2018A0078）；
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安全阀是煤矿液压支架水压化的关键元件,但由于水介质的汽化压力较高,导致液压元件在节流口处易产生空化,同时在煤矿高压大流量的工况下,安全阀易出现腐蚀、振动和噪音等问题,严重影响液压系统的动态性能。论文以水压安全阀为研究对象,研究异形阀腔流场的稳态、瞬态空化以及安全阀系统的动态特性。论文主要研究内容如下:（1）水压安全阀异形阀腔流场稳态空化研究。通过Fluent对安全阀的异形阀腔流场进行网格划分及独立性验证,确定了网格数量后对异形阀腔的初始结构场进行模拟仿真,以空化的强度和范围降到最低为目标,对节流口2及阀腔出口壁面处的结构尺寸优化,得到了径向孔位置、径向孔直径、腔内竖向长度、腔内横向长度和节流口角度的最佳值。优化后的流场相比于初始的异形阀腔流场节流口2处、阀腔出口处的最大气相体积分数分别削减32%、71%,从而达到了减少空化范围和强度的目的。（2）水压安全阀异形阀腔流场瞬态空化研究。通过Fluent对优化后的安全阀异形阀腔流场进行网格和时间步长独立性验证,确定了网格数量和时间步长后,对异形阀腔的流场空化进行瞬态周期性模拟。由仿真结果可知,速度漩涡和由高速射流区产生的湍动能条带是影响周期性变化的重要因素,高速射流区在空化发展阶段速度不断增加,在空化溃灭阶段其湍动能条带渐渐消失,且出口质量流量、气体含量与高速射流区的速度呈正比关系,这一结果对改善安全阀的性能和提高其可靠性具有重要的意义。（3）水压安全阀系统动态特性研究。通过AMESim建立了水压安全阀和单体液压支柱液压缸的系统动态仿真模型,基于稳态和瞬态仿真结果完成了液动力曲线的线性拟合,并将其导入液动力模块,开展了水压安全阀系统的动态特性仿真分析,得到了弹簧刚度、阀芯质量、径向孔直径和径向孔数量的最佳值。由仿真结果可知,此时对水压安全阀的流量速度等动态性能表现最好。图[62]表[6]参[83]
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