閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥的氣穴特性研究

陳震，王鶴，閻宇，豐健，高有山

(1.太原理工大學(xué)，新型傳感器與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030024；2.太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西太原 030024)

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓元件數(shù)字化已成為液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。高速開(kāi)關(guān)閥作為典型的數(shù)字液壓閥，通過(guò)數(shù)字信號(hào)控制流量輸出，具有響應(yīng)速度快、抗污染能力強(qiáng)、可集成性高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，高速開(kāi)關(guān)閥均為滑閥、錐閥或者球閥，利用電-機(jī)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)閥芯作往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制閥口啟閉，存在閥芯行程與開(kāi)關(guān)頻率之間的矛盾，使得開(kāi)關(guān)頻率難以提高。針對(duì)這一問(wèn)題，提出一種閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥，通過(guò)閥芯旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)油路切換，突破閥芯往復(fù)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，提高閥的開(kāi)關(guān)頻率。

高速開(kāi)關(guān)閥在閥口開(kāi)啟過(guò)程初期，過(guò)流面積較小，油液流經(jīng)窗口時(shí)流道急劇變化，流速升高，壓力急劇下降。當(dāng)壓力低于油液的空氣分離壓時(shí)，油液內(nèi)溶解的空氣會(huì)大量分解出來(lái)，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。氣穴不僅會(huì)誘發(fā)閥體的振動(dòng)和噪聲，還會(huì)破壞液流的流動(dòng)特性，造成流量不穩(wěn)定，影響閥的輸出特性。因此，抑制高速開(kāi)關(guān)閥氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生對(duì)提高高速開(kāi)關(guān)閥的的性能具有重要意義。

針對(duì)液壓閥內(nèi)氣穴現(xiàn)象，研究人員進(jìn)行了大量研究。白繼平和阮健對(duì)極端環(huán)境下的高頻電液數(shù)字閥閥腔流場(chǎng)的氣穴變化規(guī)律進(jìn)行了研究。陸倩倩等研究了2D伺服閥矩形先導(dǎo)控制閥口的氣穴特性及其對(duì)閥芯穩(wěn)定性的影響。張圓等人分析了錐形節(jié)流閥的氣穴現(xiàn)象并得到內(nèi)部流場(chǎng)隨閥桿行程的變化關(guān)系。WANG等通過(guò)研究板式高速開(kāi)關(guān)閥，發(fā)現(xiàn)改變閥芯孔數(shù)可以抑制氣穴，提高閥內(nèi)流場(chǎng)穩(wěn)定性。馬丁等人針對(duì)煤礦水壓安全閥的氣穴現(xiàn)象，對(duì)閥內(nèi)流道的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析。孫澤剛等分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)V形節(jié)流槽氣穴性能的影響，并利用改進(jìn)遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。然而，不同結(jié)構(gòu)的液壓閥產(chǎn)生的氣穴現(xiàn)象有很大差異，現(xiàn)有研究結(jié)果不適用于新型閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥中。

因此，本文作者對(duì)閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥閥口的氣穴現(xiàn)象進(jìn)行研究，運(yùn)用SolidWorks軟件建立閥內(nèi)流體模型，選用Fluent中的兩相流模擬流體模型在不同運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下的氣穴現(xiàn)象。根據(jù)仿真結(jié)果中閥口氣穴范圍和氣相體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律，分析氣穴現(xiàn)象發(fā)生的主要位置及氣穴特性的影響因素，為高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考。

1 閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1所示為閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。該閥由閥芯、閥套、閥體、套筒、堵頭等部分組成。

圖1 閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

閥芯有2個(gè)相互獨(dú)立的自由度，可同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)，閥芯左端的套筒聯(lián)接伺服電機(jī)，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)；右端的堵頭聯(lián)接步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)閥芯作軸向運(yùn)動(dòng)。閥芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案：在閥芯中部凸肩左右兩端分別開(kāi)設(shè)8個(gè)三角形溝槽，沿圓周方向均勻分布，左右兩端溝槽對(duì)稱分布，每個(gè)溝槽的外圓周所對(duì)應(yīng)的圓心角為45°，相鄰兩凸肩溝槽所對(duì)應(yīng)的圓心角為45°。在閥套上開(kāi)設(shè)兩圈菱形窗口與閥芯上三角形溝槽相對(duì)應(yīng)，窗口均沿圓周方向分布，相鄰兩窗口所對(duì)應(yīng)的圓心角為180°。

1.2 工作原理

閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥的閥套嵌入閥體孔內(nèi)，閥套配合閥芯的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)閥芯旋轉(zhuǎn)改變閥芯凸肩上三角形溝槽與閥套上菱形窗口之間的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)油路通斷。閥芯旋轉(zhuǎn)一圈，溝槽與窗口之間會(huì)發(fā)生8次通斷。閥口完成一次啟閉即為一個(gè)周期，而溝槽與窗口的重疊時(shí)間在周期內(nèi)的占比為占空比，由軸向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，用字母表示。占空比控制輸出流量的通流時(shí)長(zhǎng)，增大占空比可以減小流量脈動(dòng)，提高輸出流量的穩(wěn)定性。以左端入口為例，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯右移時(shí)，占空比增大。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)，閥芯溝槽旋轉(zhuǎn)至與窗口有重疊部分的位置時(shí)，閥口打開(kāi)，油液由出口流出；當(dāng)閥芯溝槽旋轉(zhuǎn)至與窗口無(wú)重疊部分時(shí)，閥口關(guān)閉，出口無(wú)油液流出。圖2中陰影區(qū)域即為重疊部分，閥芯旋轉(zhuǎn)不斷改變重疊部分的面積大小，使得閥口流量周期性通斷，實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)。

圖2 閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥工作原理

2 氣穴理論分析

2.1 混合相的控制方程

Mixture模型是一種簡(jiǎn)化的多相流模型，將流體中各相視為相互混合的單流體，通過(guò)求解混合物中的連續(xù)方程、動(dòng)量方程及氣相體積分?jǐn)?shù)方程來(lái)模擬氣液兩相流體的運(yùn)動(dòng)。

(1)混合相連續(xù)方程：

(1)

=+(1-)

式中:為混合相密度;為混合相速度;為氣相體積分?jǐn)?shù);為液相密度;為氣相密度。

(2)動(dòng)量方程：

(2)

=+(1-)

式中:為混合相動(dòng)力黏度;為混合相速度;為液相動(dòng)力黏度;為氣相動(dòng)力黏度。

(3)氣相體積分?jǐn)?shù)方程：

(3)

式中:為傳質(zhì)源項(xiàng)(與氣泡的生長(zhǎng)和破裂有關(guān))。

2.2 氣泡動(dòng)力學(xué)方程

在大多數(shù)工程情況下，假設(shè)空化是由于有大量氣核生成的。在液相與氣相之間無(wú)滑移運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣泡動(dòng)力學(xué)模型可由廣義Rayleigh-Plesset方程推導(dǎo)得到：

(4)

式中:為氣泡半徑;為液體表面張力系數(shù);為液體運(yùn)動(dòng)黏度;為氣泡表面壓力;為環(huán)境壓力。

忽略氣泡動(dòng)力學(xué)方程中的二階項(xiàng)和表面張力，式(4)可簡(jiǎn)化為氣穴擴(kuò)散方程，如式(5)所示：

(5)

2.3 Schnerr-Sauer空化模型

Schnerr-Sauer空化模型基于Rayleigh-Plesset方程，能夠描述液相中單個(gè)氣泡的生長(zhǎng)。將式(1)與式(3)聯(lián)立，得到氣相質(zhì)量變化率與氣相體積分?jǐn)?shù)變化率之間的關(guān)系：

(6)

其中:氣相體積分?jǐn)?shù)可由氣泡數(shù)密度與氣泡半徑表示：

(7)

對(duì)式(7)求導(dǎo)可得氣相體積分?jǐn)?shù)變化率與氣泡半徑變化率之間的關(guān)系式：

(8)

Schnerr-Sauer空化模型表達(dá)式：

式中:為空氣分離壓。

3 數(shù)值模擬

3.1 建立模型

文中主要研究菱形窗口處的流場(chǎng)，忽略閥套流道結(jié)構(gòu)對(duì)該流場(chǎng)的影響。流體從進(jìn)口流入，經(jīng)過(guò)閥套與閥芯形成的閥腔到溝槽與窗口重疊位置，最后由出口流出。因閥芯為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故只研究左端進(jìn)油口到出口的流場(chǎng)即可。根據(jù)閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)尺寸，利用SolidWorks軟件建立流體模型，如圖3所示。為便于描述氣穴現(xiàn)象的變化規(guī)律，將閥套上菱形窗口的4個(gè)側(cè)面分別設(shè)為、、、面，如圖4所示。

圖3 高速開(kāi)關(guān)閥的流體模型 圖4 菱形窗口的流體模型

3.2 網(wǎng)格劃分

流體模型為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故只取模型的1/2部分作為研究對(duì)象即可，忽略閥芯與閥套上的倒角，通過(guò)上述對(duì)模型的簡(jiǎn)化處理來(lái)提高計(jì)算的收斂速度。采用ANSYS中Mesh模塊的四面體網(wǎng)格方式劃分流體模型，并對(duì)閥套窗口以及接觸面進(jìn)行局部加密，如圖5所示。

圖5 網(wǎng)格劃分

3.3 邊界條件

將劃分后的網(wǎng)格模型導(dǎo)入Fluent中，選擇壓力基瞬態(tài)求解器，忽略質(zhì)量力的影響。閥芯轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，運(yùn)用滑移網(wǎng)格技術(shù)，將與閥芯壁面接觸的面設(shè)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壁面。湍流模型選擇Realizable k-epsilon(2 eqn)。選用兩相流中Mixture模型，主相為液壓油，密度為850 kg/m，動(dòng)力黏度為0.035 Pa·s；次相為空氣，密度為1.225 kg/m，動(dòng)力黏度為1.789 4×10Pa·s，兩相間的相互作用選擇cavitation機(jī)制，空化模型默認(rèn)Schnerr-Sauer模型。采用耦合、隱式求解器，可以提高求解的精度。流體模型的入口為壓力入口，出口為壓力出口。

4 仿真結(jié)果及量化分析

為直觀反映不同運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下氣穴變化趨勢(shì)，需要對(duì)氣穴大小進(jìn)行量化處理。利用Fluent后處理模塊中Volume-Ave功能計(jì)算出氣相的體積占比，用氣相體積分?jǐn)?shù)描述氣穴現(xiàn)象。氣相體積為

(9)

式中：為單位區(qū)域內(nèi)的氣相體積分?jǐn)?shù)；為單位區(qū)域內(nèi)的體積。

氣相體積分?jǐn)?shù)：

(10)

式中：為混合相體積。

4.1 閥芯旋轉(zhuǎn)角度對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

研究閥芯溝槽與閥套窗口的重疊部分(即閥芯旋轉(zhuǎn)角度)逐漸增大時(shí)，閥口氣穴范圍與氣相體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。圖6所示為出口壓力為3 MPa，占空比為0.4，閥芯旋轉(zhuǎn)角度分別為1°、3°、5°、7°的氣穴分布云圖。初始時(shí)刻，窗口與溝槽的重疊面積為零?？芍洪y芯旋轉(zhuǎn)角度為1°時(shí)，面及其相鄰兩面的氣穴現(xiàn)象嚴(yán)重，氣相體積分?jǐn)?shù)為0.63，面和面的氣穴范圍呈對(duì)稱分布且兩面產(chǎn)生的氣穴與面相連，氣穴高度約為窗口總高度的2/3；旋轉(zhuǎn)角度為3°時(shí)，氣穴范圍整體大幅度減小，窗口處氣相體積分?jǐn)?shù)急劇下降，降至0.15，氣相體積分?jǐn)?shù)最大值主要集中在面和面的中下部區(qū)域，面上氣穴范圍大但氣相體積分?jǐn)?shù)較小；閥芯旋轉(zhuǎn)為5°時(shí)，氣穴現(xiàn)象主要出現(xiàn)在面及其相鄰兩面下部的較小區(qū)域內(nèi)，氣穴形狀與閥芯旋轉(zhuǎn)為3°時(shí)相似，氣穴范圍縮小趨勢(shì)放緩，與圖7中窗口處氣相體積分?jǐn)?shù)下降速度減小相一致；閥芯旋轉(zhuǎn)7°時(shí)，氣穴范圍有小幅度增加，但氣相體積分?jǐn)?shù)為0.01，可以忽略不計(jì)。綜上可知，當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)角度較小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的氣穴現(xiàn)象，氣穴主要發(fā)生在面及其相鄰兩面上，隨旋轉(zhuǎn)角度的增大而減小，在旋轉(zhuǎn)角度為5°時(shí)氣穴現(xiàn)象幾乎消失。通過(guò)對(duì)比不同閥芯旋轉(zhuǎn)角度的氣穴分布云圖，發(fā)現(xiàn)面與面的氣穴范圍對(duì)稱分布且在有規(guī)律縮小，氣相體積分?jǐn)?shù)最大值所在面未發(fā)生變化，這說(shuō)明閥芯旋轉(zhuǎn)沒(méi)有干擾流場(chǎng)的穩(wěn)定性。

圖6 不同閥芯旋轉(zhuǎn)角度的氣穴分布云圖

圖7 不同閥芯旋轉(zhuǎn)角度的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

4.2 出口壓力對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

圖8所示為旋轉(zhuǎn)角度為3°，占空比為0.4，出口壓力分別為0 、1 、3 和5 MPa的氣穴分布云圖?？芍撼隹趬毫? MPa時(shí)，氣穴現(xiàn)象非常嚴(yán)重，氣穴主要集中在面與相鄰兩面的交界處，兩部分氣穴軸對(duì)稱分布，氣相體積分?jǐn)?shù)為0.60；當(dāng)出口壓力增大到1 MPa時(shí)，氣相體積分?jǐn)?shù)下降至0.38，氣穴發(fā)生的位置未變化但范圍明顯減小，面與相鄰兩面的氣穴高度下降，面上氣穴范圍小幅度縮小；出口壓力為3 MPa時(shí)，氣穴發(fā)生的主要區(qū)域與前兩者相同，氣穴范圍繼續(xù)下降且處于各面的下半部分，氣相體積分?jǐn)?shù)下降速度不變，降至0.15；出口壓力為5 MPa時(shí)，氣穴現(xiàn)象極小范圍地發(fā)生在面和面上，氣相體積分?jǐn)?shù)趨于0。綜上可知，在保持其他參數(shù)不變的情況下增大出口壓力，氣穴范圍及氣相體積分?jǐn)?shù)的最大值減小，但氣穴發(fā)生的主要區(qū)域不變，當(dāng)出口壓力為5 MPa時(shí)，氣穴現(xiàn)象急劇縮小并在旋轉(zhuǎn)角度為3°時(shí)幾乎消失。圖9所示為不同出口壓力的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線。可知：增大出口壓力，氣相體積分?jǐn)?shù)的下降速度增大，這表明改變出口壓力可以影響氣穴變化趨勢(shì)。

圖8 不同出口壓力的氣穴分布云圖

圖9 不同出口壓力的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

4.3 占空比對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

圖10所示為出口壓力為3 MPa，閥芯旋轉(zhuǎn)角度為3°，占空比分別為0.4、0.7、0.9的氣穴分布云圖。與圖10(a)相比，(b)中面和面上的氣穴高度增加，寬度減小，面上氣穴范圍縮小。占空比為0.9時(shí)，氣穴總體形狀保持不變，面和面上的氣穴高度繼續(xù)增加，頂端寬度減小，氣相體積分?jǐn)?shù)最大值所占區(qū)域上移。綜上可知，改變占空比，氣穴范圍整體形狀不變，只有氣相體積分?jǐn)?shù)最大值區(qū)域有小幅度變化。圖11所示為不同占空比的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線?？芍翰煌伎毡鹊臍庀囿w積分?jǐn)?shù)變化曲線基本重合，只在旋轉(zhuǎn)角度為3°和4°時(shí)有差異，但氣相體積分?jǐn)?shù)小于0.2，數(shù)值較小。因此，可以說(shuō)明占空比的變化對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響較小。

圖10 不同占空比的氣穴分布云圖

圖11 不同占空比的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

4.4 菱形窗口邊長(zhǎng)對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

圖12所示為出口壓力為3 MPa，閥芯旋轉(zhuǎn)角度為3°，邊長(zhǎng)分別為2、3 mm時(shí)的氣穴分布云圖。與圖12(a)相比，圖(b)中氣穴現(xiàn)象只在面和面上發(fā)生且范圍極小。增大窗口邊長(zhǎng)，會(huì)增加窗口的流通面積，使得窗口處速度變化率減小，壓力梯度下降。圖13所示為不同窗口邊長(zhǎng)的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線?？芍哼呴L(zhǎng)為3 mm時(shí)，氣相體積分?jǐn)?shù)急劇減小，閥芯旋轉(zhuǎn)角度為3°時(shí)趨向于0，窗口邊長(zhǎng)的增大提高了氣穴現(xiàn)象的下降速度，同時(shí)也帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題，增大窗口邊長(zhǎng)也增加了窗口的最大流通面積，增大了流量脈動(dòng)，不利于閥口流量的穩(wěn)定輸出。

圖12 不同窗口邊長(zhǎng)的氣穴分布云圖

圖13 不同窗口邊長(zhǎng)的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

4.5 閥芯結(jié)構(gòu)對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

以上研究的閥芯結(jié)構(gòu)為空心閥芯，優(yōu)點(diǎn)是閥芯質(zhì)量小、易驅(qū)動(dòng)且閥芯旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩小。為研究旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不同閥芯結(jié)構(gòu)氣穴現(xiàn)象的變化規(guī)律，建立實(shí)心閥芯的流體模型如圖14所示。

圖14 實(shí)心閥芯流體模型

圖15所示為出口壓力為3 MPa，閥芯旋轉(zhuǎn)角度為3°，占空比為0.7，閥芯分別為空心閥芯、實(shí)心閥芯時(shí)的氣穴分布云圖。可知：兩者的氣穴范圍大致相同，但結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變引起了氣相體積分?jǐn)?shù)最大值范圍的轉(zhuǎn)移，即在面上減小而在面上增加。圖16所示為不同閥芯結(jié)構(gòu)的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線?？芍簩?shí)心閥芯的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線在空心閥芯之下，但兩者在數(shù)值上相差較小。結(jié)果表明，兩種閥芯結(jié)構(gòu)的氣穴現(xiàn)象變化規(guī)律相近，且實(shí)心閥芯質(zhì)量遠(yuǎn)大于空心閥芯，故空心閥芯具有更好的結(jié)構(gòu)性能。

圖15 不同閥芯結(jié)構(gòu)的氣穴分布云圖

圖16 不同閥芯結(jié)構(gòu)的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

4.6 菱形窗口傾斜角度對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響

觀察上述氣穴分布云圖可知，氣穴現(xiàn)象易發(fā)生在靠近閥芯溝槽的一側(cè)，若改變閥芯溝槽與閥套窗之間的夾角，可能會(huì)減少氣穴現(xiàn)象的發(fā)生，提高輸出流量的穩(wěn)定性。

因此，研究不同菱形窗口傾斜角度下氣穴現(xiàn)象，分析氣穴現(xiàn)象的變化規(guī)律。窗口傾斜角度是傾斜軸線與軸的夾角，該軸線所在截面分別穿過(guò)面與面的交線以及面與面的交線，如圖17所示。

圖17 傾斜軸線截面

圖18所示為出口壓力為3 MPa，閥芯旋轉(zhuǎn)角度為3°，占空比為0.4，傾斜角度分別為0°、10°、15°、20°、25°時(shí)的氣穴分布云圖。對(duì)比圖18(a)與(b)發(fā)現(xiàn)，傾斜角為10°時(shí)，氣穴范圍急劇減小，氣相體積分?jǐn)?shù)的下降速度增大，只在面與面有極小范圍的圓形氣穴產(chǎn)生。當(dāng)傾斜角度增加到15°時(shí)，圓形氣穴的范圍繼續(xù)縮小，且氣相體積分?jǐn)?shù)最大值僅為0.065。繼續(xù)增大傾斜角，氣穴范圍基本不再變化，這與圖19中為15°、20°、25時(shí)的氣相體積分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)相一致。

圖18 不同傾斜角的氣穴分布云圖

圖19 不同傾斜角的氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線

5 結(jié)論

(1)利用Fluent軟件對(duì)閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥閥口的氣穴現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬及量化分析，發(fā)現(xiàn)氣穴現(xiàn)象主要發(fā)生在靠近閥芯溝槽一側(cè)。在閥芯旋轉(zhuǎn)角度較小時(shí)閥口氣穴現(xiàn)象嚴(yán)重，氣穴范圍隨旋轉(zhuǎn)角度的增加而減小。

(2)分析不同運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)參數(shù)下的氣穴現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)增大出口壓力可以提高氣穴現(xiàn)象的下降速度，當(dāng)出口壓力為5 MPa時(shí)，氣穴范圍急劇縮小并在旋轉(zhuǎn)角度為3°時(shí)基本消失；增大菱形窗口邊長(zhǎng)可以抑制氣穴發(fā)生，同時(shí)會(huì)增大閥口流量脈動(dòng)，不利于閥口輸出流量的穩(wěn)定性；改變占空比對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響較?。豢招拈y芯比實(shí)心閥芯具有更好的結(jié)構(gòu)性能。

(3)針對(duì)易產(chǎn)生氣穴的流道結(jié)構(gòu)問(wèn)題，分析不同菱形窗口傾斜角度對(duì)氣穴現(xiàn)象的影響，發(fā)現(xiàn)增大傾斜角度，可以減少氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生。當(dāng)傾斜角度為15°時(shí)，氣相體積分?jǐn)?shù)變化曲線最低，氣相體積分?jǐn)?shù)最大值僅為0.065，氣穴抑制效果顯著。

(4)通過(guò)對(duì)閥芯旋轉(zhuǎn)式高速開(kāi)關(guān)閥閥口的氣穴特性的研究，為減少氣穴現(xiàn)象的產(chǎn)生，改善高速開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)提供了參考。