[發(fā)明專利]一種耦合計(jì)算液壓金屬管路壓力、流量和溫度的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010578064.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN102033995A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹克強(qiáng);胡良謀;李永林;侯艷艷;蘇新兵;李娜;劉冰;李小剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍空軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種耦合計(jì)算液壓金屬管路壓力、流量和溫度的方法，其特征在于：將液壓金屬管路的工作過程按照時(shí)間序列等分為N個(gè)計(jì)算區(qū)間，每個(gè)計(jì)算區(qū)間的時(shí)間步長為Δt，計(jì)算總時(shí)長t_z＝N×Δt，第n個(gè)計(jì)算區(qū)間內(nèi)包括以下步驟，其中1≤n≤N，且n為整數(shù)：

步驟1：計(jì)算液壓金屬管路中油液的物理特性，包括油液的動(dòng)力黏度μ_n和油液的密度ρ_n：

a、根據(jù)油液的動(dòng)力黏度模型

μn=μ0×10ψnψn=bpΔp+btΔT+bt2(ΔT)2Δp=pw-prefΔT=Tw-Trefpw=pi,n+po,n2Tw=Ti,n+To,n2]]>

計(jì)算油液的動(dòng)力黏度μ_n，其中μ₀為油液初始?jí)毫_ref和油液初始溫度T_ref下的油液動(dòng)力黏度，b_p為壓力差對(duì)油液動(dòng)力黏度的一次相關(guān)系數(shù)，b_t為溫度差對(duì)油液動(dòng)力黏度的一次相關(guān)系數(shù)，b_t2為溫度差對(duì)油液動(dòng)力黏度的二次相關(guān)系數(shù)，p_w為液壓金屬管路的特征壓力，T_w為液壓金屬管路的特征溫度，p_i，n為液壓金屬管路的進(jìn)口油液壓力，p_o，n為液壓金屬管路的出口油液壓力，初始計(jì)算時(shí)使用設(shè)定值，當(dāng)n＝1時(shí)，p_o，n的初始值取為1bar，當(dāng)n＞1時(shí)，p_o，n的初始值選取為p_o，n-1，T_i，n為液壓金屬管路的進(jìn)口油液溫度；T_o，n為液壓金屬管路的出口油液溫度，初始計(jì)算時(shí)使用設(shè)定值，當(dāng)n＝1時(shí)，T_o，n的初始值選取為環(huán)境溫度T_env，當(dāng)n＞1時(shí)，T_o，n的初始值選取為T_o，n-1；

b、根據(jù)油液的密度模型

ρn=1/vs,nvs,n=vs0(1+apΔp+ap2(Δp)2+atΔT+at2(ΔT)2+aptΔpΔT)Δp=pw-prefΔT=Tw-Trefpw=pi,n+po,n2Tw=Ti,n+To,n2]]>

計(jì)算油液的密度ρ_n，其中v_s，n為油液比容，v_s0為初始?jí)毫统跏紲囟认碌挠鸵罕热荩琣_p為壓力差對(duì)油液比容的一次相關(guān)系數(shù)，a_p2為壓力差對(duì)油液比容的二次相關(guān)系數(shù)，a_t為溫度差對(duì)油液比容的一次相關(guān)系數(shù)，a_t2為溫度差對(duì)油液比容的二次相關(guān)系數(shù)，a_pt為壓力差和溫度差對(duì)油液比容的聯(lián)合相關(guān)系數(shù)；

步驟2：計(jì)算液壓金屬管路的油液流量q_n：

將步驟1得到的油液動(dòng)力黏度μ_n和密度ρ_n代入油液流量模型

qn=A2(pi,n-po,n)(λnLd+ξ)ρnA=πd24λn=75RenRen<4×1031(1.8lgRen-1.5)24×103<Ren<107Ren=voil,ndρnμnvoil,n=4qnπd2]]>

采用迭代方法計(jì)算液壓金屬管路的油液流量q_n，當(dāng)n＝1時(shí)，q_n的初始值取為1L/min，其中當(dāng)n＞1時(shí)，q_n的初始值選取為q_n-1，A為液壓金屬管路的截面積，λ_n為液壓金屬管路的沿程阻力系數(shù)，L為液壓金屬管路的長度，d為液壓金屬管路的內(nèi)徑，ξ為液壓金屬管路的局部阻力系數(shù)，Re_n為雷諾數(shù)，v_oil，n為液壓金屬管路中油液的平均流動(dòng)速度；

步驟3：根據(jù)步驟2得到的液壓金屬管路的油液流量q_n以及下游負(fù)載特性計(jì)算液壓金屬管路的出口油液壓力p′_o，n；

步驟4：計(jì)算步驟3中得到的出口油液壓力p′_o，n與步驟1和步驟2中使用的出口油液壓力p_o，n的差值，若差值的絕對(duì)值大于預(yù)定誤差ε₁時(shí)，則重復(fù)步驟1至步驟4，并用步驟3計(jì)算得到的p′_o，n作為步驟1和步驟2中使用的出口油液壓力進(jìn)行迭代計(jì)算，若差值的絕對(duì)值小于預(yù)定誤差ε₁，則將步驟3得到的出口油液壓力p′_o，n作為以下步驟中使用的液壓金屬管路的出口油液壓力p_o，n，并繼續(xù)以下步驟；

步驟5：將經(jīng)過步驟1至步驟4循環(huán)計(jì)算后得到的油液動(dòng)力黏度μ_n、雷諾數(shù)Re_n代入換熱熱流量模型，計(jì)算液壓金屬管路各部分的換熱熱流量：

a、根據(jù)模型

Q·r,n=kr,nAr(T‾n-Ts,n)kr,n=Nur,nλoildNur,n=0.023Ren0.8Proil,n1/3T‾n=12(Ti,n+To,n)Proil,n=μncpoλoil]]>

計(jì)算油液與液壓金屬管路管壁的強(qiáng)迫對(duì)流換熱熱流量其中k_r，n為油液與液壓金屬管路管壁的換熱系數(shù)，A_r為油液與液壓金屬管路管壁的換熱面積，為油液的平均溫度，T_s，n為液壓金屬管路管壁的溫度，初始計(jì)算時(shí)使用設(shè)定值，當(dāng)n＝1時(shí)，T_s，n的初始值選取為環(huán)境溫度T_env，當(dāng)n＞1時(shí)，T_s，n的初始值選取為T_s，n-1，Nu_r，n為油液與液壓金屬管路管壁換熱的努賽爾數(shù)，λ_oil為油液的導(dǎo)熱系數(shù)，Pr_oil，n為油液的普朗特?cái)?shù)，c_po為油液的比熱；

b、根據(jù)模型計(jì)算液壓金屬管路管壁與環(huán)境的輻射換熱熱流量其中ε為管壁材料的發(fā)射率，σ為黑體輻射常數(shù)，A_rad為輻射換熱面積；

c、根據(jù)模型

Q·exc,n=kexc,nAexc(Ts,n-Tenv)kexc,n=Nuexc,nλairDexcNuexc,n={0.6+0.387Ran1/6[1+(0.559/Prair)9/16]8/27}2Ran=gβn(Ts,n-Tenv)Dexc3v2Prair]]>

計(jì)算液壓金屬管路管壁與環(huán)境的自然對(duì)流換熱熱流量其中k_exc，n為液壓金屬管路管壁與環(huán)境的自然對(duì)流換熱系數(shù)，A_exc為液壓金屬管路管壁與環(huán)境的自然對(duì)流換熱面積，Nu_exc，n為液壓金屬管路管壁與環(huán)境自然對(duì)流換熱的努賽爾數(shù)，λ_air為空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，D_exc為換熱計(jì)算的特征長度，Ra_n為換熱計(jì)算的瑞利數(shù)，Pr_air為空氣的普朗特?cái)?shù)，g為重力加速度，β_n為空氣的體積膨脹系數(shù)，且v為空氣的運(yùn)動(dòng)黏度；

步驟6：將步驟5中得到的和帶入溫度微分求解模型，計(jì)算液壓金屬管路各部分的溫度：

a、根據(jù)微分模型

dTon′dt=1mocpo[qnρndhe,n-Q·r,n+T′o,nαVdpo,ndt]dhe,n=cpo(T′o,n-Ti,n)+[2-α(Ti,n+T′o,n)](po,n-pi,n)2ρndpo,ndt=po,n-po,n-1Δt]]>

計(jì)算液壓金屬管路的出口油液溫度T′_o，n，其中以T_o，n-1作為微分模型中T′_o，n的計(jì)算初值，當(dāng)n＝1時(shí)，以環(huán)境溫度T_env作為微分模型中T′_o，n的計(jì)算初值，m_o為管路內(nèi)油液的質(zhì)量，dh_e，n為油液焓的變化，α為油液的體積膨脹系數(shù)，V為管路內(nèi)油液的體積，當(dāng)n＝1時(shí)，p_o，n-1取為1bar；

b、根據(jù)微分模型計(jì)算液壓金屬管路的管壁溫度T′_s，n，其中以T_s，n-1作為微分模型中T′_s，n的計(jì)算初值，當(dāng)n＝1時(shí)，以環(huán)境溫度T_env作為微分模型中T′_s，n的計(jì)算初值，m_s為液壓金屬管路管壁的質(zhì)量，c_ps為液壓金屬管路管壁材料的比熱；

步驟7：計(jì)算步驟6中得到的液壓金屬管路的出口油液溫度T′_o，n與步驟1，步驟5和步驟6中使用的出口油液溫度T_o，n的差值；若差值的絕對(duì)值大于預(yù)定誤差ε₂，則重復(fù)步驟1至步驟7，并用步驟7中得到的T′_o，n和T′_s，n作為步驟1至步驟7中使用的T_o，n和T_s，n進(jìn)行迭代計(jì)算，若差值的絕對(duì)值小于預(yù)定誤差ε₂，則將步驟7得到的T′_o，n和T′_s，n作為該計(jì)算區(qū)間內(nèi)T_o，n和T_s，n的計(jì)算結(jié)果；若n＜N則開始第n+1個(gè)計(jì)算區(qū)間的計(jì)算，當(dāng)n＝N停止計(jì)算過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耦合計(jì)算液壓金屬管路壓力、流量和溫度的方法，其特征在于：步驟3中所述液壓金屬管路的下游負(fù)載為薄壁孔口負(fù)載，在第n個(gè)計(jì)算區(qū)間內(nèi)，根據(jù)模型

p′o,n=pt+ρnqn22c2f2]]>

計(jì)算液壓金屬管路的出口油液壓力p′_o，n，其中p_t為外部系統(tǒng)油箱的增壓壓力，c為流量系數(shù)，f為薄壁孔口負(fù)載的孔口幾何面積。