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1、2009年第3期总215期■设计研究文章编号:100622971(2009)0320001204往复压缩机级间管路气流脉动研究徐斌,冯全科,余小玲(西安交通大学能源动力学院,陕西西安710049)摘要:基于一维非定常理论的有限振幅法来模拟管道中大振幅的气流脉动。搭建往复压缩机管道系统气流脉动实验台,并对管道系统各个位置压力脉动幅值及波形进行了测量。测量结果证实了有限振幅法模拟管道中大振幅的气流脉动的正确性。关键词:往复压缩机;管道系统;气流脉动;幅值;波形中图分类号:TH457文献标识码:AStudyonPressurePulsationof
2、PipingSystemonReciprocatingCompressorXUBin,FENGQuan2ke,YUXiao2ling(SchoolofEnergyandPowerEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)Abstract:Inthispaper,thefinitedisturbancetheoryisusedtosolvethenon2linearpartialdifferentialequationsthatdescribetheunsteadyone2dim
3、ensionalcompressibleflowinthecomplexpipingsystem.Atestrigwasbuiltuptoexperimentallyinvestigatethegaspulsationinthepipingsystemofthereciprocatingcompressor,inwhichtheamplitudesofthepulsedpressuretogetherwiththepressurecurvescanberecorded.Thewaythatwasprovedbytheexperimentald
4、atewasexactitude.Keywords:reciprocatingcompressor;pipingsystem;gaspulsation;theamplitudesofpressurepulsation;pres2surecurves大于8%)时,存在着计算精度不足的问题。另外许1前言多学者运用有限元和有限容积的方法对气流脉动进[6-7]往复压缩机作为压缩和输送一定压力、温度流体行分析。但是这种计算气流脉动的方法是以整的装置,广泛使用于石油、化工、钢铁和冶金等行业个管路整体来进行研究的,在对复杂管路进行计算的中。由于往复压缩机吸
5、排气的间歇性、周期性的特时候缺乏灵活性和通用性。实际管路的长度是几米[1]点,致使输气管道内产生较强烈的气流脉动。气流甚至于几十米长的,这样在划分网格和迭代计算所耗脉动不仅降低了压缩机的容积效率,造成产量下降,费的时间将相当的长。引起额外的功率消耗,同时更易引起管道的强烈振本文基于一维非定常理论的有限振幅法来模拟动,从而使管道附件,特别是管道的连接部位和管道管道中大振幅的气流脉动。搭建往复压缩机管道系[2-3]与附件的连接部位发生松动和破裂。准确研究统气流脉动实验台,并对管道系统各个位置压力脉气流脉动的产生机理,精确地进行气流脉动的预测,动幅
6、值及波形进行了测量。测量结果证实了有限振掌握控制气流脉动的有效方法,意义十分重大。近几幅法模拟管道中大振幅的气流脉动的正确性。年内,国内外对气流脉动的研究工作主要集中于以下2基本理论几个方面:完善转移矩阵,建立与实际管路更接近的[4-5]数学模型。但是这种基于波动理论的计算方法211有限振幅理论依然在压力脉动量比平均压力比较大(压力不均匀度在波动理论中,认为气体的压力脉动量比平均压力小很多(压力不均匀度,一般在8%以内),这是平面波动理论的前提。在大多数情况下,运用平面收稿日期:2009-02-20·1·波动理论能够较为精确地描述气流在管道中
7、的波动界条件来处理,压缩机排出(或吸入)的脉动质量流情况,且满足工程实际的要求。但是,当脉动压力振量是和压缩机的特性有关的,统称为激发源。在曲幅比较大时,用平面波动理论计算所得的脉动量,与柄转动的一个周期内,与气缸相连接的管道端点的实际测得的脉动量有较大的差距。在大振幅的情况气流速度u…t可以写成以下的表达式下,不能用波动理论的方法来使方程线性化,而必须气阀开启前,0°≤α≤αca,u…t=0求解一维非定常运动的连续方程、动量方程和能量气阀开启期间方程。一维非定常运动的连续方程、动量方程为λLαca≤α≤360°,…ut=bωr
8、sinα+s
9、in2α
10、(12)9ρ9(ρu)2+=0(1)9t9x式中α———曲柄角,rad9u9u19pb———气缸通流面积与气阀截面积之比+u+=0(2)9t9xρ9xr—
