发布时间 : 星期三 文章活塞压缩机气流脉动数值模拟及实验验证 - 图文更新完毕开始阅读d7a09a250508763230121206
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2.3数值计算程序设计
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本文数学模型是以等截面管道内气流为分析对象建立起来的，所以只能对等截面管道划分网格进行计算。而实际管道系统还有突变截面、容器、孔板、阀门等元件，这些非等截面管道元件将整个管路分割成不同长度的管段，管段内部都是用二阶精度的差分格式计算，管段与非等截面管道元件的联接处，流动条件发生变化，必须用特征线法处理才能计算出联接处的参数，使下游管路的计算得以继续进行。实际管道系统要分段计算，各元件有独自的结构参数，又必须单独处理它们，所以设计程序时是用结构离散化的思路，对管道系统各种常见元件分别编写处理程序，通过专门开发的识别程序，判断这些元件联接起来，完成整个管路的计算。
等截面管内部使用Lax-Wendroff差分格式，这种算法易于开发通用性高的子程序，不同的管段只需单独调用。非等截面元件须用特征线法处理，特征线法的优点是可以计算复杂的流道、各种边界条件，但处理过程非常繁琐，而且有方向问题，编写程序时必须判断特征线方向，要求严谨的设计逻辑，增加了编程的难度和复杂度。
程序是按结构离散化思想设计的，因此使用程序计算实际的管路时，也要对管路结构进行离散化处理，即将一个复杂的管道系统根据管道元件的属性划分为如等截面管、突变截面、容器、孔板等元件。程序框图如图 2-13所示，框图中的控制参数是指各等截面管道的网格数，各单元的网格数可任意给定，单元内部网格按均等原则划分。
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2.4计算参数设置
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2.4.1管路结构简化处理
实验台压缩机排气经气阀安装孔和阀腔流出气缸体，气阀安装孔很短，阀腔结构复杂，由于是一维网格划分，因此要对这部分结构作简化处理：气阀安装孔和阀腔都折合成一段直管，内径和气缸法兰连接管相同，折合直管的容积等于气阀安装孔与阀腔体积之和。如图 2-14所示，简化后气缸排气口至缓冲器进口的管道AB是等截面管，长度为0.84m、内径为0.12m;管段CD长度为8.6m、内径为0.065m。
2.4.2边界条件及初值的给定
计算工况参数为实测参数，实测压缩机转速为458.5r·min-1，进气压力0.28MPa(绝对压力)，测点1压阀盖处压力传感器最靠近气缸排气口，将其所测动态压力的平均值作为气缸排气压力，实测为0.644MPa(绝对压力)，则压缩机压比为2.3。压缩机转速和压比是两个重要参数，转速决定排气激发频率和激发速度，压比决定压缩过程时间和气阀开启角，曲轴旋转到一定角度，气缸内压力高于气阀外压力时，气阀才会打开。给定计算管路的开始端点为压缩机排气端边界，转速和压比为实测值。储气罐排气阀门处压力为0.62MPa(绝对压力)，于是给定计算管路末端点压力为0.62MPa的常压开口边界。并将此压力作为初值赋给计算管路各网格节点。
图 2--15是实验台管路一个测点处使用非定常方法计算出的压力脉动波形。