摘要
摘要
低温、高黏状态下机油的流动特性研究是液压系统向高端装备发展的需要，
调压阀是常用的溢流稳压部件，其极端情况下的流动特性对于液压系统而言十
分重要。目前，关于低温、高黏阀的内部阻尼孔、阀口等节流结构的研究较为
缺乏，由于低温、高黏度限制，工程上多以强行挤压的试验为主，通过大量总
结流量-压力规律来指导结构设计，该方法耗资、耗力，对于简单结构如圆管、
方管、阻尼小孔较为有效，而对于复杂的阀口等结构低温试验不宜展开。本课
题从非牛顿流体视角研究低温机油的流动特性，以计算流体力学流场仿真探寻
调压阀低温工况下的流动规律，设计并改善调压阀的低温性能。
首先，考虑到低温机油的剪切变稀特点，利用流变仪测试10W40机油的
流变特性，得到其低温下剪应力与剪切速率的关系，并在ORIGIN软件中对数
据进行非线性最小二乘拟合，获得机油非牛顿幂律流体模型的流变参数。在
COMSOL软件中以幂律流体模型对调压阀内部阻尼孔、阀口、阀芯环缝间隙
的低温流动进行流场仿真，研究各自的流量-压力特性，观察局部低压区、黏
度分布等情况，总结相关流动规律。
其次，在正常工况下设计调压阀结构，通过数学模型建立Simulink静、
动态仿真模型，结合流场仿真所得低温流动规律，对调压阀正常、低温工况下
的静特性、动特性进行仿真分析，在不同低温情况下分析阀芯阻尼特性，以减
小先导定压、减小阻尼孔长径比的方式改善调压阀的低温性能，仿真结果满足
-20℃时调压阀的使用。
最后，加工并搭建负载模拟试验台，对低温下阻尼孔的节流特性进行验证。
在不同低温、入口速度下对长径比不同的阻尼孔进行测试，试验结果与流场仿
真结果较为一致，表明本课题以非牛顿幂律流体视角研究低温机油的流动特性
是可行的，该方法可避免大量重复性试验，为低温机油流动性能研究提供一定
思路。
关键词：低温流动；幂律流体；流变特性；先导式调压阀；高黏度机油
I
Abstract
Abstract
Theresearchoncryogenicflowcharacteristicsofengineoilinhighviscosity
aresignificantforthedevelopmentofhydraulicsystemstowardshigh-end
equipment,thepressureregulatingvalveisacommonlyusedoverflowand
pressurestabilizingcomponent,itsflowcharacteristicsinextremecasesarevery
importantforhydraulicsystems.Atpresent,thereislackoffurtherstudieson
dampingorifices,valveportsandotherthrottlingstructuresofcryogenicvalve
inhighviscosity.Sincethelimitationoflowtemperatureandhighviscosity,the
structuredesignisbasedonalargenumberofextrusionexperimentaldata,which
aretime-consuminganddraining.Itismoreeffectiveforsimplestructuressuch
asroundpipes,squarepipesanddampingorifices,butit