[发明专利]一种基于动态污染颗粒浓度的配流滑阀冲蚀磨损计算方法

权利要求书

1.一种基于动态污染颗粒浓度的配流滑阀冲蚀磨损计算方法，包括以下几个步骤：

步骤一：确定流场形态；

计算流场入口流体的雷诺数Re，判断流体的形态；

步骤二：选取流体模型，确定流体的边界条件；

步骤三：确定初始污染颗粒浓度η₀；

步骤四：确定磨损退化形态；

横截面建模为四分之一圆边，曲率半径为r；

步骤五：确定新的污染颗粒浓度；

根据质量守恒，初始污染颗粒质量，增加新的被磨损下的污染颗粒，等于新的污染颗粒质量，得到新的污染颗粒浓度η；

步骤六：计算冲蚀磨损率；

基于新的污染颗粒浓度，阀芯和阀套所处流体域模型，流体域边界条件，颗粒大小分布，利用数值仿真方法，计算得到磨损率分布。

2.根据权利要求1所述的一种动态污染颗粒浓度计算方法，所述的步骤二中，如果流体为层流，即采用层流模型，如果流体为湍流，选取RNG k-ε湍流模型。

3.根据权利要求1所述的一种动态污染颗粒浓度计算方法，所述的步骤五具体为：

(1)确定磨损体积

在封闭式液压系统中，阀芯阀套被冲蚀磨损的量全部以污染颗粒形式分布在油液中，此过程为渐近退化过程；

8Vo·ρp=se·∫0tρe(t)dt---(1)]]>

其中，V_o为一对节流副被磨损的体积，一对节流副包括节流副中阀芯和阀套的节流边，s_e为被磨损的区域面积，ρ_e(t)为冲蚀磨损率的时间函数，ρ_p为配流滑阀材料的密度；

(2)计算新的污染颗粒浓度

原有的污染颗粒质量与新增加的污染颗粒质量之和为现有的污染颗粒质量；

η0QVh+8ρpVo=ηQVh---(2)]]>

其中，Q为单位时间流量，V_h为封闭式液压系统内液压油液体积，η为现有污染颗粒浓度；

(3)计算新的流体域

滑阀阀芯与阀套被冲蚀磨损，形态发生改变，锐边曲率半径增大，所处流场流体域发生变化，被磨损体积即为曲率半径变化前后，阀芯阀套减少的体积：

Vo=2Vs=2(1-π4)r2c=0.4292r2c---(3)]]>

c＝2πR_s (4)

其中，V_s为单个阀芯或者阀套的锐边被冲蚀磨损的体积，r为阀芯或者阀套锐边的曲率半径，c为锐边所处位置被磨损的长度，R_s为阀套的内径。

4.根据权利要求1所述的一种动态污染颗粒浓度计算方法，所述的步骤六具体为：

(1)污染颗粒动力学建模

根据位置液压油液中污染颗粒受力，动力学模型为：

dupdt=FD(u-up)+g(ρp-ρ)ρp+Fx---(5)]]>

其中，u_p为污染颗粒的速度，u为流体的速度，F_D(u-u_p)为颗粒的单位质量力，ρ为油液流体密度，ρ_p为污染颗粒的密度，g为重力加速度，F_x为附加力，包括虚拟质量力、热泳力、Saffman升力和压力梯度；

(2)描述污染颗粒与壁面碰撞

污染颗粒与阀芯阀套壁面碰撞，颗粒能量损失，壁面造成磨损，能量损失使用法向与切向速度反弹系数描述：

ϵN=v2,nv1,n---(6)]]>

ϵT=v2,tv1,t---(7)]]>

其中，v_2,n、v_1,n分别为颗粒与壁面碰撞后与碰撞前速度的法向分量，v_2,t、v_1,t分别为颗粒与壁面碰撞后与碰撞前速度的切向分量；ε_N、ε_T分别为法向与切向反弹系数，是颗粒入侵壁面角度的函数，采用经验方程描述，其中，α_p为入侵角：

ε_N＝0.988-0.78α_p+0.19α_p²-0.024α_p³+0.027α_p⁴ (8)

ε_T＝1-0.78α_p+0.84α_p²-0.21α_p³+0.028α_p⁴-0.022α_p⁵ (9)

(3)计算瞬时冲蚀磨损率

瞬时冲蚀磨损率计算采用经典的Edwards半经验冲蚀磨损率计算公式：

Rerosion=Σp=1NpmpC(dp)f(αp)vb(v)Aface---(10)]]>

其中，N_p为指定位置单位时间入侵颗粒数，m_p编号为p的污染颗粒的质量，C(d_p)为污染颗粒直径的函数，f(α_p)为入侵角度的函数，b(v)为入侵速度的函数，A_face为指定位置的面积，R_erosion即为单位面积瞬时冲蚀磨损率。