氣流脈動(dòng)的分析與消減

張傳鑫，張衛(wèi)義，孫笠峰，涂 俊，2，任 園

（1.北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，北京102617；2.北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100029；3.中國(guó)科學(xué)院電工研究所，北京 100190）

1 引言

氣流脈動(dòng)是往復(fù)壓縮機(jī)管系中常見(jiàn)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著管系的正常工作，而管系的不穩(wěn)定運(yùn)行則成為工廠安全生產(chǎn)的隱患，因此準(zhǔn)確計(jì)算脈動(dòng)流場(chǎng)具有重要的工程實(shí)際意義。

2 研究概況

由于聲波與壓力波之間存在著許多共性特征，最早對(duì)氣流脈動(dòng)的研究就利用聲學(xué)理論來(lái)模擬氣流脈動(dòng)。到了20世紀(jì)四五十年代初期，部分學(xué)者開(kāi)始利用電學(xué)方法處理脈動(dòng)氣流，將壓縮機(jī)管線系統(tǒng)類比為由電阻，電容和電感等組成的電路，但這2種方法都不能反應(yīng)管道中脈動(dòng)氣流的真實(shí)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

20世紀(jì)五十年代后，美國(guó)學(xué)者提出了平面波動(dòng)理論。該理論是由連續(xù)方程、運(yùn)動(dòng)方程以及由這兩個(gè)方程推導(dǎo)出的波動(dòng)方程構(gòu)成。它是對(duì)質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒的簡(jiǎn)單描述，主要針對(duì)線性、非粘性和不可壓縮性流體。該理論的本質(zhì)是解線性方程組，其主要誤差為推導(dǎo)常系數(shù)偏微分方程時(shí)舍去的二階小量以及簡(jiǎn)化波動(dòng)方程時(shí)舍去的平均氣流速度。壓力不均勻度在15%～18%范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值基本吻合。但當(dāng)管系處于共振狀態(tài)時(shí)，脈動(dòng)幅度相對(duì)較大，阻尼已超出了線性范圍，該理論將不再適用，計(jì)算結(jié)果大約是實(shí)際測(cè)量值的2～4倍[1]。

圖1 脈動(dòng)分析的各個(gè)理論及假設(shè)

針對(duì)平面波動(dòng)理論的不足，日本學(xué)者M(jìn).Yasuhiro等提出了一維非定常氣流理論。……