管网压力脉动仿真分析方法的研究

　　1引言

　　管道作为流体动力传输及控制的途径,广泛应用于石油、化工、市政工程、心脑血管系统等许多领域。随着流体动力技术向着高压、大流量和大功率方向发展,由动力源产生的流量压力脉动和由此诱发的管道振动和噪声问题也就越来越突出。近年来由于管道振动造成的泄漏和爆炸事件时有发生。生产中遇到的液压系统振动绝大多数是压力脉动引起的,破坏性的剧烈振动则是压力脉动激发管网而产生的谐振。因此,要消除管道振动首先就要消减、抑制压力脉动。由于流体管道和阀件数学模型的复杂性,对压力脉动的分析,找到一种简便而又可靠的仿真分析方法是十分必要的。

　　2基本模型的建立

　　流体管道属于分布参数系统,一般可用电传输线理论进行分析,而传输线完全可用两个复变量函数──特性阻抗和传播常数来描述。流体管道特性阻抗和传播常数取决于管路的串联阻抗和并联导纳,而这两个参数又决定于流体的性质、类型、信号水平、管路形状等因素。因此对管网压力脉动的动态分析,需用到连续性方程、动量方程、能量方程、和状态方程。首先假定以下条件成立:

　　1)连续介质,流体在管中做层流流动,并只有小幅值扰动,当与流体的压缩性相比时,管壁的弹性可以忽略。

　　2)在温度变化很小时,认为流体粘性是常数,这样可从运动方程和能量方程中消除了速度和温度的轴向梯度。

　　3)管径半径小于流体流动的波长。相对管径来讲管路必须充分长。即管路端点的影响可忽略不计。

　　在上述假设下,可从以下这些线性化的流体力学方程中导出流体管路模型及其参数。

　　式中:

　　u:轴向速度βm:液体容积模量

　　t :时间γ:运动粘性系数

　　T:绝对温度k:流体导热系数

　　p:静态压力Cp:定压比热

　　r:半径ρ:密度

　　3简单管网系统分析方法

　　实际管路中由于泵排油腔的存在,泵出口处的压泵输出腔的容积简化为一端堵塞的当量管路。在上述假设下,可将任何含有分支、并联网络、串联元件的液压系统等效为一个串联系统。如图1所示,其中泵源等效成一个恒流源和一个阻抗的并联。

　　3.1各元件出口处的流量和压力计算

　　图1中各元件特性满足:

　　由以上各式经计算可以推得任意元件入口处阻抗:

　　由式(2)可以推得泵出口负载阻抗Zl=Z1,则图1可以简化为图2所示。

　　由式(6)根据式(2)便可计算出任一元件出口处的流量和压力。