【正文】 條件發(fā)生變化，必須用特征線法處理才能計(jì)算出聯(lián)接處的參數(shù)，使下游管路的計(jì)算得以繼續(xù)進(jìn)行。實(shí)際管道系統(tǒng)要分段計(jì)算，各元件有獨(dú)自的結(jié)構(gòu)參數(shù)，又必須單獨(dú)處理它們，所以設(shè)計(jì)程序時(shí)是用結(jié)構(gòu)離散化的思路，對(duì)管道系統(tǒng)各種常見元件分別編寫處理程序，通過專門開發(fā)的識(shí)別程序，判斷這些元件聯(lián)接起來，完成整個(gè)管路的計(jì)算。 等截面管內(nèi)部使用 LaxWendroff差分格式，這種算法易于開發(fā)通用性高的子程序，不同的管段只需單獨(dú)調(diào)用。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(jì)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(shí)必須判斷特征線方向，要求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)邏輯，增加了編程的難度和復(fù)雜度。 程序是按結(jié)構(gòu)離散化思想設(shè)計(jì)的，因此使用程序計(jì)算實(shí)際的管路時(shí)，也要對(duì)管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理，即將一個(gè)復(fù)雜的管道系統(tǒng)根據(jù)管道元件的屬性劃分為如等截面管、突變截面、容器、孔板等元件。程序框圖如圖 213所示，框圖中的控制參數(shù)是指各等截面管道的網(wǎng)格數(shù)，各單元的網(wǎng)格數(shù)可任意給定，單元內(nèi)部網(wǎng)格按均等原則劃分。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)壓縮機(jī)排氣經(jīng)氣閥安裝孔和閥腔流出氣缸體，氣閥安裝孔很短，閥腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于是一維網(wǎng)格劃分，因此要對(duì)這部分結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)化處理：氣閥安裝孔和閥腔都折合成一段直管，內(nèi)徑和氣缸法蘭連接管相同，折合直管的容積等于氣閥安裝孔與閥腔體積之和。如圖 214所示，簡(jiǎn)化后氣 缸排氣口至緩沖器進(jìn)口的管道 AB是等截面管，長(zhǎng)度為 、內(nèi)徑為。管段 CD長(zhǎng)度為 、內(nèi)徑為 。 計(jì)算工況參數(shù)為實(shí)測(cè)參數(shù)，實(shí)測(cè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為 min 1，進(jìn)氣壓力 (絕對(duì)壓力 )，測(cè)點(diǎn) 1壓閥蓋處壓力傳感器最靠近氣缸排氣口，將其所測(cè)動(dòng)態(tài)壓力的平均值作為氣缸排氣壓力，實(shí)測(cè)為 (絕對(duì)壓力 )，則壓縮機(jī)壓比為 。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和壓比是兩個(gè)重要參數(shù)，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定排氣激發(fā)頻率和激發(fā)速度，壓比決定壓縮過程時(shí)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(shí)，氣閥才會(huì)打開。給定計(jì)算管路的開始端點(diǎn)為壓縮機(jī)排氣端邊界，轉(zhuǎn)速和壓比為實(shí)測(cè)值。儲(chǔ)氣罐排氣閥門處壓力為 (絕對(duì)壓力 )，于是給定計(jì)算管路末端點(diǎn)壓力為 。并將此壓力作為初值賦給計(jì)算管路各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。 圖 215是實(shí)驗(yàn)臺(tái)管路一個(gè)測(cè)點(diǎn)處使用非定常方法計(jì)算出的壓力脈動(dòng)波形。 實(shí)驗(yàn)研究 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容 實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證一維非定?？蓧嚎s流體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于氣流脈動(dòng)分析的準(zhǔn)確性以及數(shù)值計(jì)算的精度，對(duì)比計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)模型中需要改進(jìn)之處。通過 實(shí)驗(yàn)幫助認(rèn)識(shí)氣流脈動(dòng)如何在管道系統(tǒng)內(nèi)傳播，了解摩擦、實(shí)際氣體性質(zhì)等因素對(duì)氣流脈動(dòng)的影響。 本文在一臺(tái)雙作用活塞式壓縮機(jī)二級(jí)排氣管道上測(cè)取動(dòng)態(tài)壓力數(shù)據(jù)：測(cè)量管道系統(tǒng)不同位置處的動(dòng)態(tài)壓力，觀察改變?yōu)V波頻率對(duì)波形和最大脈動(dòng)幅值的影響，保存不同濾波頻率的采樣數(shù)據(jù)。 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(dòng)研究實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)取的，圖 31是實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)物照片，圖中標(biāo)注了 6個(gè)測(cè)點(diǎn)位置。圖 32是壓縮機(jī)二級(jí)排氣管路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，壓縮機(jī)二級(jí)排氣通過一段短管進(jìn)入緩沖罐 I，再經(jīng)一段較長(zhǎng)的管道 CD 進(jìn)入一個(gè)很大的儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐 II 排氣口有閥門，調(diào)節(jié)其開度改變管路壓力，以達(dá)到需要的壓力運(yùn)行工況。緩沖罐 I和儲(chǔ)氣罐 II 將排氣管路分隔為 AB 和 CD兩段。管道 AB 由氣缸排氣口即排氣閥處開始，到排氣緩沖罐 I進(jìn)口處結(jié)束，管道 CD 從緩沖罐 I出口到緩沖罐 II進(jìn)口。 為使數(shù)據(jù)接近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見的管道配置，壓縮機(jī)的排氣口都配有緩沖罐。氣流脈動(dòng)的激發(fā)源是一臺(tái)大氣量的空氣壓縮機(jī)，其技術(shù)規(guī)格如表 31所示。 測(cè)點(diǎn)分布 管路上總共布置了 6個(gè)壓力傳感器，如圖 33所示。它們的位置分別在： 1壓閥蓋 (閥腔處 )， 2氣缸法蘭， 3緩沖罐進(jìn)口， 4緩沖出口， 5彎管出口， 6管道 CD中間。 動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量系統(tǒng) 測(cè)量系統(tǒng)由壓力傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)兩大部分組成 [5]。各位置處的壓力物理信號(hào)首先由壓力傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，再經(jīng)高速數(shù)據(jù)采集卡處理后，最后通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示出動(dòng)態(tài)壓力波形。 1)壓力傳感器 動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)的測(cè)量是要測(cè)取沿管道內(nèi)氣流平均壓力值上下波動(dòng)的變化分量 [57]。傳感器的量程和強(qiáng)度必須適應(yīng)壓力值，脈動(dòng)壓力的測(cè)量精度要求特殊設(shè)計(jì)的傳感器，這種傳感器要具備以下特點(diǎn) [36]： (1) 測(cè)量范圍適合管道內(nèi)氣流的 平均壓力值 。 (2) 較高的固有頻率 。 (3) 較高的靈敏度 。 (4) 在測(cè)量范圍內(nèi)輸出信號(hào)應(yīng)保持線性 。 (5) 對(duì)被測(cè)介質(zhì)及溫度不敏感 。 (6) 可用于遠(yuǎn)距離測(cè)量。 所以本實(shí)驗(yàn)脈動(dòng)壓力的測(cè)量采用了 XTL190M7BARSG 超小型壓力傳感器，圖 34是傳感器的實(shí)物照片。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(dòng)態(tài)壓力測(cè)量任務(wù)的要求。另外它的結(jié)構(gòu)非常緊湊，小型化程度很高，傳感器的信號(hào)可以用較長(zhǎng)的電纜傳輸。這一點(diǎn)對(duì)壓力數(shù)據(jù)測(cè)量很重要 ，因?yàn)楣艿郎系臏y(cè)點(diǎn)與數(shù)據(jù)采集卡往往有一段距離，個(gè)別測(cè)點(diǎn)可能非常遠(yuǎn)，這時(shí)候需要較長(zhǎng)的信號(hào)延長(zhǎng)線連接，在較長(zhǎng)距離后傳感器要保證信號(hào)不被衰減和干擾。此外由于傳感器工作元件變形很小，所以具有較高的靈敏度和固有頻率而非常適合本文實(shí)驗(yàn)需要的高精度測(cè)量。 本實(shí)驗(yàn)選用的微型壓力傳感器 具有良好的線性度，如表 32所示為傳感器的主要參數(shù)。 2)信號(hào)采集系統(tǒng) 壓力脈動(dòng)的測(cè)量要求能檢測(cè)到細(xì)微的電壓變化并保證采集到足夠的點(diǎn)，以完整的反映壓力脈動(dòng)實(shí)際波形。 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 250kss 1，輸入阻抗高達(dá) 100 ，保證了干擾電流不會(huì)干擾輸入信號(hào)，可以實(shí)時(shí)有效的采集管道內(nèi)氣流壓力脈動(dòng)的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 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(hào)采集軟件是以 Labview平臺(tái)開發(fā)出來的。如圖 35所示是數(shù)據(jù)采集軟件的主界面，軟件可以控制數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、動(dòng)態(tài)顯示和保存等功能，以完成壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)。 誤差分析 1)標(biāo)定誤差 標(biāo)定誤差主要包括標(biāo)準(zhǔn)壓力表的系統(tǒng)誤差和讀數(shù)誤差。 標(biāo)準(zhǔn)壓力表的精度等級(jí)為 ，量程是 ，其本身精度導(dǎo)致的絕對(duì)誤差為 MPa，標(biāo)定最大壓力為 ，所以其測(cè)量最大相對(duì)誤差為： 本實(shí)驗(yàn)用到的標(biāo)準(zhǔn)壓力表分辨率是 ，所以由人為讀數(shù)導(dǎo)致的絕對(duì)誤差 =，引起的相對(duì)誤差為： 根據(jù)誤差的合成公式： 可知最大標(biāo)定誤差是 %。 2)壓力傳感器測(cè)量誤差 傳感器測(cè)量壓力信號(hào)時(shí)的誤差來源主要 有以下幾項(xiàng)： 傳感器自身材料性能引起的非線性誤差，如和材料的變形、各項(xiàng)同性或轉(zhuǎn)換原理相關(guān)因素產(chǎn)生的誤差。本實(shí)驗(yàn)中 XTL190M7BARSG傳感器的非線性誤差 %。 此外， XTL190M7BARSG型傳感器的壓力分辨率 為 %。 排氣管路內(nèi)氣體的溫度不同于標(biāo)定時(shí)的溫度，溫度的差異將導(dǎo)致測(cè)量誤差： ，溫度影響系數(shù) K 1，測(cè)量時(shí)壓力傳感器所在測(cè)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 %。 PCI6220型數(shù)據(jù)采集卡輸入精度為 16 位，所以系統(tǒng)誤差 為 %。 綜上分析，并根據(jù)誤差合成公式： 可知壓力傳感器的測(cè)量誤差為 %，此測(cè)量精度滿足本實(shí)驗(yàn)的要求。 測(cè)量時(shí)總的誤差包括標(biāo)定誤差和壓力傳感器測(cè)量誤差，則本實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的總誤差為： 結(jié)果分析與討論 氣流脈動(dòng)是一種復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)現(xiàn)象，為研究它