【正文】 沖罐 I和儲氣罐 II 將排氣管路分隔為 AB 和 CD兩段。 1)壓力傳感器 動態(tài)壓力信號的測量是要測取沿管道內(nèi)氣流平均壓力值上下波動的變化分量 [57]。它的壓力量程為 ，靈敏度為 %，固有頻率為 150kHz，能夠 滿足實(shí)驗(yàn)動態(tài)壓力測量任務(wù)的要求。 在良好的硬件基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還需要軟件的密切配合，本實(shí)驗(yàn)的信號采集軟件是以 Labview平臺開發(fā)出來的。K 1，測量時壓力傳感器所在測點(diǎn)處平局溫度為 =344K，由傳感器說明書知 =285K，則 傳感器由 12V直流電源供電，電壓不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差 小于 %?；诓▌永碚摻⒌牟▌臃匠桃子谇蠼狻⒂嬎懔啃?、便于頻域分析、對復(fù)雜管路的適應(yīng)性好，因而在工程界應(yīng)用非常廣泛。 以上波動理論和非定常方法計算中都加入了阻尼因素，一般認(rèn)為波動理論引入的是線性阻尼，摩擦阻力與速度成正比，而非定常方法是非線性阻尼，摩擦阻力與速度的平方成正比，在脈動幅值較大情況下，波動理論計算幅值比非定常方法大 [39]，但表 41中測點(diǎn) 測點(diǎn)2的幅值表明波動理論和非定常方法計算結(jié)果都偏大，而且非定常方法計算幅值比波動理論計算值更大。這里需要用到兩個重要參數(shù)：網(wǎng)格比 和波長比 ， 是網(wǎng)格長度、 是聲速、 是時間步長、 是壓力波波長。設(shè)定殘差值 ，計算中發(fā)現(xiàn)收斂速度非 常快，一般曲軸幾轉(zhuǎn)后結(jié)果趨于穩(wěn)定。管道 CD、排氣緩沖罐 I后的三個測點(diǎn)：測點(diǎn) 6，計算波形趨勢基本和實(shí)測波形一致，測點(diǎn) 5和測點(diǎn) 6的波形與實(shí)測值更接近。 如圖 44所示是計算結(jié)果與 400Hz實(shí)驗(yàn)低通濾波結(jié)果的對比。下面的分析都使用這個網(wǎng)格長度的計算結(jié)果。本文將在下面的探討中逐步找出原因。 6個測點(diǎn)的最大相對壓力脈動幅值分別為 %、 %、 %、 %、 %、 %，實(shí)測值分別為 %、 %、 %、 %、 %、 %，兩者的絕對差各為 %、 %、%、 %、 %、 %。而緩沖罐之后管道 CD上的三個測點(diǎn)，即測點(diǎn) 6壓力脈動波形與實(shí)測波形趨勢基本一致，測點(diǎn) 6的波形與實(shí)測值非常接近，但脈動幅值與實(shí)測值差別仍然很明顯，總體上與 有顯著提高。管道AB、排氣緩沖罐 I前的三個測點(diǎn)：測點(diǎn) 3，計算壓力脈動波形與實(shí)測值差異較大， 3個測點(diǎn)都出現(xiàn)了高頻波。為保證此頻率的壓力波不被衰減，根據(jù)波長比條件，網(wǎng)格長度必須小于 。min 1，則壓縮機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)頻率為 ，由于是雙作用氣缸，曲軸旋轉(zhuǎn)一周有兩次排氣，則氣缸排氣頻率為 。氣流脈動計算很關(guān)心的一個結(jié)果是壓力脈動幅值，從計算精度較高的 6三個測點(diǎn)可以看出，盡管波動理論忽略了非線性項(xiàng)，作的假設(shè)更多，但脈動幅值與非定常方法和實(shí)測值相差都很小。并分析影響計算結(jié)果的因素，尤其是摩擦阻尼的作用，通過對動量方程的定量分析，揭示抑制氣流脈動的主要因素。 此外， XTL190M7BARSG型傳感器的壓力分辨率 為 %。 基于以上要求，本實(shí)驗(yàn)使用了 PCI6220型高速數(shù)據(jù)采集卡，它的基本參數(shù)是： 16 路單端或 8路差 分輸入、 16位采樣精度、采樣率為 250ks (6) 可用于遠(yuǎn)距離測量。 動態(tài)壓力測量系統(tǒng) 測量系統(tǒng)由壓力傳感器和信號處理系統(tǒng)兩大部分組成 [5]。 實(shí)驗(yàn)裝置 壓縮機(jī)管道系統(tǒng) 本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是從專門搭建的壓縮機(jī)管道氣流脈動研究實(shí)驗(yàn)臺上測取的，圖 31是實(shí)驗(yàn)臺實(shí)物照片，圖中標(biāo)注了 6個測點(diǎn)位置。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和壓比是兩個重要參數(shù)，轉(zhuǎn)速決定排氣激發(fā)頻率和激發(fā)速度，壓比決定壓縮過程時間和氣閥開啟角，曲軸旋轉(zhuǎn)到一定角度，氣缸內(nèi)壓力高于氣閥外壓力時，氣閥才會打開。非等截面元件須用特征線法處理，特征 線法的優(yōu)點(diǎn)是可以計算復(fù)雜的流道、各種邊界條件，但處理過程非常繁瑣，而且有方向問題，編寫程序時必須判斷特征線方向，要求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計邏輯，增加了編程的難度和復(fù)雜度。根據(jù)和求出密度和壓力： (2)開口端 管道端部與大氣連通或者壓力為定值都是開口端，端點(diǎn)處壓力是常數(shù)即常數(shù) 。 管道端點(diǎn)分內(nèi)外兩種。第二步，根據(jù)節(jié)點(diǎn) 4和節(jié)點(diǎn) 5的信息，計算出 Z+△Z 時刻節(jié)點(diǎn) 6的結(jié)果。為確保時間增加時，解 有界，也必須使 V有界，即 Re(a)0,則 a0，因此對方程 ,為使計算穩(wěn)定，若 a0,則用空間向后差分近似 ,反之 a0,則空間 導(dǎo)數(shù)應(yīng)向前差分，否則不穩(wěn)定。最后從已知的初始值開始，按照一定時間步長沿時間軸逐步推算，直至符合設(shè)定的精度 [39]。 —— 無因次密度 。 —— 參考密度 / kg —— 管內(nèi)流體溫度 /K。 在等截面管內(nèi)任取一封閉控制面，其所包圍的空間為控制體。 氣流在管路內(nèi)作一維流動，則壓力 、速度 、密度 分別為坐標(biāo) x 和時間 t 的函數(shù)，即 連續(xù)方程 1)通過控制面凈流出控制體的流 體質(zhì)量 如圖 21所示取等截面管左側(cè) I截面及相鄰右側(cè) II截面包圍的空間為控制體，軸向長度取為 dx 。分析導(dǎo)致波動理論方法和一維非定常方法計算差異的原因 。如何分析非定常方法和波動理論計算差異。2022年，李志博通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該軟件計算結(jié)果的可靠性 [40]。此標(biāo)準(zhǔn)的廣泛認(rèn)可也使壓縮機(jī)制造商和用戶越來越重視氣流脈動問題，并積極開發(fā)控制技術(shù)。與此同時，不作簡化直接用數(shù)值計算手段求解管道內(nèi)非定常氣流流動控制方程組的方法從 70年代初開始，1972年 Benson[18]總結(jié)了數(shù)值模擬方法的一些進(jìn)展，提出可處理管道邊界的勻熵特征線法。氣流脈動研究的兩大任務(wù)是壓力脈動幅值和氣柱固有頻率的計算， 60 年代后期有學(xué)者開始對壓力脈動幅值計算進(jìn)行初步探索 [10,11]。一般認(rèn)為波動理論對氣體與管道壁面摩擦考慮不足，導(dǎo)致其在脈動幅值較大尤其共振狀態(tài)下計算值偏大。 控制管道振動首先應(yīng)準(zhǔn)確掌握管道系統(tǒng)的氣流脈動情況，尤其是管道系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)如氣缸連接法蘭、彎頭、閥門等處的壓力脈動幅值?；钊綁嚎s機(jī)管道系統(tǒng)都存在一定程度的氣流脈動，這種脈動的壓力在管道的突變截面、彎頭、盲管、閥 門等處產(chǎn)生交變的激振力，進(jìn)而引發(fā)振動，工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)劇烈的管道振動導(dǎo)致管路焊接處或法蘭聯(lián)接處振斷，造成生產(chǎn)事故。 波動理論作出的假定在數(shù)學(xué)模型上就決定了它不能完整描述管道內(nèi)壓力波和非穩(wěn)態(tài)流動耦合的復(fù)雜現(xiàn)象。 1962年， Kinsl 和 Kfrey[8]最早提出經(jīng)典的平面波動理論，至今仍是氣流脈動研究 的基礎(chǔ)性理論之一 [9]，波動理論不考慮管道內(nèi)氣流流速和氣體實(shí)際性質(zhì)，并忽略非線性因素，最終得出波動方程，從 而用聲波傳播的原理很好的揭示了氣流脈動的機(jī)理，對加深認(rèn)識氣流脈動的本質(zhì)有重要意義。后來有研究人員 [17]對波動 理論進(jìn)行改進(jìn)，認(rèn)為速度的平方?jīng)Q定摩擦力的大小，使波動理論能計算脈動幅值較大的情況，拓展了它的應(yīng)用范圍。隨著理論的不斷成熟， 20世 紀(jì) 80年代以后工程界側(cè)重控制技術(shù)的研究 [2427]，并逐步形成了在石化、天然氣工業(yè)界廣泛認(rèn)可的 API618標(biāo)準(zhǔn) [28]，該標(biāo)準(zhǔn)由美國石油協(xié)會聯(lián)合會員單位共同制訂，詳細(xì)規(guī)定了石化與天然氣行業(yè)用壓縮機(jī)氣流壓力脈動幅值上限和管道振幅允許值，并約定了分析氣流脈動和管道振動的三種方法。近年來，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)一步取得進(jìn)展： 2022年，西安交通大學(xué)的彭學(xué)院教授基于平面波動理論開發(fā)出氣流脈動分析軟件，該軟件能夠計算任意復(fù)雜管系的氣柱固有頻率及各節(jié)點(diǎn)處壓力脈動幅值，為快速分析壓縮機(jī)管道系統(tǒng)聲學(xué)特性提供了有效工具 。摩擦阻尼是否有顯著的影響 。定量分析影響壓力脈動波形和幅值的因素，尤其是摩擦阻尼的影響 。這組方程可以表示成守恒型和非守恒型的形式[46]，在空氣動力學(xué)數(shù)值計算上守恒型方程更受重視 [47]。 能量方程 能量方程是對流動流體運(yùn)用能量守恒定律得出的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 —— 管道內(nèi)徑 / m。 將連續(xù)方程 (21)、動量方程 (23)和能量方程 (29)聯(lián)立寫成矩陣形式為： 上式為一維非定常氣流的守恒型方程組