دانشگاه تهران مهندسی بیوسیستم ایران 2008-4803 57 1 2026 04 21 Numerical Analysis and Simulation of the Transient Performance of a High-Response Proportional Directional Control Valve in Hydraulic Power Transmission Systems تحلیل عددی و شبیه‌سازی عملکرد گذرای شیر کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع در سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی 63 86 106679 10.22059/ijbse.2025.404503.665624 FA سید علیرضا حسینی نژاد گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران پژمان نیک اندیش گروه مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران Journal Article 2025 10 17 High-response proportional directional control valves play a crucial role in improving the efficiency of hydrostatic power transmission systems in agricultural machinery. However, the rapid switching of these valves can generate undesirable transient phenomena in hydrostatic power transmission systems, thereby compromising overall system stability and energy efficiency. In this study, a comprehensive numerical analysis was performed to investigate the influence of spool displacement speed (2 and 20ms) and the curvature radius of spool lands (0, 2, 4 and 6µm) on the performance characteristics of a high-response proportional directional control valve under both steady-state and transient operating conditions. A three-dimensional computational fluid dynamics model was developed using a moving-mesh approach coupled with the k"-" ε turbulence model to capture the transient flow behavior accurately. To validate the numerical results, a hydraulic power transmission test bench was designed and fabricated to experimentally measure the valve's performance parameters. The comparison revealed that deviations between the numerical and experimental results were less than 5% under steady conditions and less than 6% under transient conditions. Furthermore, reducing the valve switching time from 20 to 2ms resulted in a 19.8% decrease in the average flow rate and a 29.8% increase in the required actuation force. Moreover, introducing a 2µm curvature radius at the spool edges improved the steady-state flow rate by 7.3% and reduced the actuation force by 9.2%. Under transient conditions, this geometric modification further enhanced the flow rate by 15.3% and reduced the required actuation force by 13.4%. شیرهای کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع، نقش موثری در بهبود کارایی سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی، در ماشین‌های کشاورزی، دارند. با این حال، تغییر وضعیت سریع این شیرها، موجب بروز پدیده‌های گذرای نامطلوبی، در سامانه‌های انتقال توان هیدرولیکی می‌شود که پایداری و بازده‌ی انرژی در آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این پژوهش، با رویکرد عددی، تاثیر زمان تغییر وضعیت (۲ و ۲۰ms) و شعاع انحنای برآمدگی‌های جزء متحرک اسپولی شکل (۰، ۲، ۴ و ۶μm)، بر مشخصه‌های عملکردی شیر کنترل مسیر تناسبی با پاسخ سریع، در حالت‌های پایا و گذرا، بررسی گردید. بدین‌منظور، یک مدل سه‌بعدی دینامیک سیالات محاسباتی، با بهره‌گیری از شبکه متحرک و مدل آشفتگی k-ε استاندارد، توسعه داده شد. برای اعتبارسنجی مدل عددی، طراحی و ساخت یک سامانه‌ی انتقال توان هیدرولیکی، به منظور اندازه‌گیری مشخصه‌های عملکردی شیر کنترل مسیر، انجام گرفت. مقایسه‌ی نتایج عددی و تجربی نشان داد که، اختلاف میان آن‌ها در حالت پایا، کمتر از ۵ درصد و در حالت گذرا، کمتر از ۶ درصد است. همچنین، با کاهش زمان تغییر وضعیت شیر، از ۲۰ به ms۲، میانگین دبی روغن عبوری، 8/19 درصد کاهش و نیروی موردنیاز برای تغییر وضعیت، 8/29 درصد، افزایش یافت. علاوه ‌بر این، ایجاد شعاع انحنای 2μm، در برآمدگی‌های جزء متحرک اسپولی شکل، موجب افزایش 3/7 درصدی دبی روغن عبوری و کاهش 2/9 درصدی نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر تناسبی، در حالت پایا، شد. در حالت گذرا نیز، این اصلاح هندسی، باعث افزایش 3/15 درصدی دبی و کاهش 4/13 درصدی نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر تناسبی، گردید. https://ijbse.ut.ac.ir/article_106679_a330e3dd4e0822d1adbfbcb14c5fd512.pdf