空化对流体管路瞬态特性影响分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第3期空间控制技术与应用Aer。spaceContr01andApplicati。n。61·2008年6月有少量的气体，例如液压系统液压油中混有空气，航天器推进系统推进剂中含有挤压气体，这些气体空化对流体管路瞬态特性影响分析或溶于液体介质或析出以气泡的形式存在。在高压时，气体溶于液体介质，在压力降低时达到一定赵春章，李永，潘海林，魏延明真空度时便会出现过饱和现象，并开始逐渐析出气(北京控制工程研究所，北京100190)体。当局部压力变化到“气体分离压”时，液体介质摘要：空化(或称气穴)是流体系

2、统中常见的现内溶解的气体会大量分离出来，成～为气一泡一而产～生～空一一～象，它显著地影响着流体管路的瞬态特性。考虑气穴现象。在高压作用下，气泡就会被挤压破裂，体体在液体工作介质中溶解和析出以及液体介质自积迅速缩小，在系统管路或其它局部范围内产生幅身气化，建立相应的流体属性模型，计算不同压力值很大的高频冲击压力，从而使管路产生剧烈振下流体的等效密度及体积模量；同时以一维管道瞬动，激发出高频噪声。此外当系统一的压～一力～低于～一液～体一一一～变流理论为基础，考虑流体系统中的空化及气泡溃介质的饱和蒸气压时，便会产生液体介质自身气化灭，采用有限差分法计算流

3、体管路锤击过程中的压现象，相比气体的析出，液体介质的气化过程要快力脉动。求得的结果与真实物理现象较为接近，能得多，这些现象可以统称为空化。在流体系统工作够为流体系统的设计提供依据和参考。时，阀门突然关闭的情况下，会在管路中形成锤击，关键词：空化；流体系统；瞬态特性本文针对空化这一现象，调整相应的空化状态下流中图分类号：0427．4，TP271文献标识码：A体属性，并对这一过程进行仿真，分析了空化对流文章编号：1674—1579(2008)03—0061—04体系统锤击瞬态特性和压力波传播速度的影响。2理论模型EflfectofCavitationo

4、ntheTransientCharacteristicsofFluidPipeline2．1管路内液体瞬变流方程假设管流是一维绝热有摩擦的液体瞬变流，连ZHAOChunzhang，LiYong，PANHailin，WEIYanming续方程和运动方程为～(BeijingInstituteofControlEngineering，BeijingJ口，China)aP曰aQr1、一Ot一。AOxoQOP：一一一gAsin()一，(Q)(2)otPox曰：p(3)aD其中，A为流体管路截面积，P为流体压力，Q为流体流量，曰为管流流体的等效体积模量，，(Q

5、)为管壁的摩擦流阻项，P为等效密度。2．2流体属性流体属性如密度、粘性、体积模量是流体系统仿真中最基本的内容。气体从流体介质中析出和流体介质本身气化对流体系统动特性影响主要表现在等效密度和等效体积模量的变化。在实际的流体系统中，液体工作介质中通常会包含部分气体，气体可能溶于液体介质或以气泡的l概述形式存在，假设将溶于液体介质中的气体分离出来并与液体介质同时处于温度为273K，大气压力为1以液体作为工作介质的流体系统中通常会含个大气压的环境下，设液体介质和气体的体积分别为。和⋯，相应的气体体积分数定义为收稿日期：2008-01-03作者简介：潘海林(

6、1960一)，男，四川人，研究员，研究方向：竺f41圳+、为航天器推进技术(e—mail：panhl@bice．org．cn)。维普资讯http://www.cqvip.com·62·空间控制技术与应用34卷注．气体体积分数对应1大气压和273K温度下的数值。液体工作介质溶解气体的体积分数遵循Henrry定律，取一最低压力点，当系统压力高于这一值时，所气体体积分数的影响。与流体工作介质相比，溶解有气体完全溶于液体。这一压力点称为“分离压力”。定义“气体分离压”为P，当系统压力大于此值时，所有的气体将溶于液体介质，当系统的压力小于此值时，一些气体析出

7、，剩下的一些气体则溶p[丁—兰i／p(o，0)+1]p(P，)(6)解于液体介质。因为气体的析出过程是一个相对缓慢的过程，对于一个相对稳定的流体系统，P的式中，P为流体的等效密度，为标准状态气体密取值为实际压力值。对于一个类似射流系统这种高速流体系统，即使压力极速增高，气体并没有充足的时间溶于液体，可以将P设为一个较高的值，以保证在进行数值仿真时，液体中含有相应的气体与物理实际保持一致。当压力继续降低时，溶于液体介质的气体会全部析出，同时液体本身会产生气化现象。一般来此时气体部分溶于液体工作介质，部分呈自由说，液体不是完全纯净的介质，液体的气化过程

8、发生在一定的压力范围内，把液体气化的起始点定义为P。，液体全部气化的完成点定义为P：。y=÷(8)为了尽可能简化分析，假设