景東風(fēng)，劉潛

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所，湖北武漢 430064）

0 引言

船舶設(shè)計(jì)中，經(jīng)常遇到高壓空氣瓶組內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)復(fù)雜管網(wǎng)放空進(jìn)入水艙排水的使用工況，需要計(jì)算出壓縮空氣進(jìn)入水艙的瞬時(shí)質(zhì)量流量、水艙的排水體積流量，并將這些數(shù)據(jù)輸入到艇體運(yùn)動(dòng)方程中，進(jìn)行船舶的上浮運(yùn)動(dòng)分析。所以，對(duì)壓縮空氣經(jīng)過(guò)復(fù)雜管網(wǎng)放空計(jì)算是船舶總體設(shè)計(jì)和高壓空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。

隨著技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)概念的變化，高壓空氣系統(tǒng)壓力不斷提高，現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)也日益強(qiáng)調(diào)“動(dòng)力抗沉”的概念，即當(dāng)船舶出現(xiàn)船體破損，升降舵卡死等特殊情況，應(yīng)如何綜合采用高壓空氣吹除水艙、提高航速、打舵等各種手段對(duì)船舶的姿態(tài)進(jìn)行控制，并緊急上升到水面。這就對(duì)壓縮空氣經(jīng)過(guò)復(fù)雜管網(wǎng)放空進(jìn)入水艙排水計(jì)算的準(zhǔn)確性提出了更高的要求。

因此，壓縮空氣經(jīng)過(guò)復(fù)雜管網(wǎng)放空進(jìn)入水艙排水計(jì)算對(duì)于船舶設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 進(jìn)展及現(xiàn)狀

1962年，J．F．達(dá)格林和J．E．麥克蓋爾［1］在《船舶高壓空氣系統(tǒng)的附錄和討論》中對(duì)船舶高壓放空質(zhì)量流量的計(jì)算方法進(jìn)行了分析，國(guó)內(nèi)多年來(lái)采用的傳統(tǒng)計(jì)算方法［2］即源自于此，并一直沿用。由于我國(guó)船舶高壓空氣系統(tǒng)的管網(wǎng)遠(yuǎn)比西方船舶復(fù)雜，這種計(jì)算方法是否適合國(guó)內(nèi)船舶高壓空氣系統(tǒng)，尚無(wú)定論。

另外，對(duì)高壓可壓縮流的質(zhì)量流量的測(cè)量，國(guó)內(nèi)一直未找到切實(shí)可行的手段，無(wú)論是在試驗(yàn)室內(nèi)還是在船舶航行試驗(yàn)中，都測(cè)不出高壓空氣的準(zhǔn)確瞬時(shí)質(zhì)量流量，只能根據(jù)氣瓶組放氣前后的壓力降來(lái)估算平均質(zhì)量流量，平均質(zhì)量流量對(duì)預(yù)測(cè)艇體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)無(wú)太大價(jià)值。在試驗(yàn)室內(nèi)只能建立小規(guī)模、簡(jiǎn)化的高壓吹除管網(wǎng)，其吹除結(jié)果與真實(shí)船舶高壓吹除結(jié)果不能通過(guò)相似理論進(jìn)行換算;若在真實(shí)船舶上進(jìn)行高壓吹除試驗(yàn)，由于高壓空氣系統(tǒng)有多種放空工況，每種工況對(duì)應(yīng)的管網(wǎng)都不相同，而某些工況會(huì)對(duì)船舶造成危險(xiǎn)，所以在船舶上進(jìn)行高壓吹除試驗(yàn)測(cè)量也不現(xiàn)實(shí)。

2 傳統(tǒng)計(jì)算方法

2.1 數(shù)學(xué)模型

傳統(tǒng)計(jì)算方法［2］是將放空用的氣瓶組合成1個(gè)大氣瓶，整個(gè)放空管網(wǎng)用一當(dāng)量長(zhǎng)度為L(zhǎng)、當(dāng)量直徑為D的管路等效。被放空的所有水艙歸并為1個(gè)大水艙，如圖1所示。

圖1 高壓放空系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型Fig.1General model for high pressure venting system

假設(shè):

1）氣體為理想氣體;

2）空氣從氣瓶?jī)?nèi)到氣瓶出口處為等熵流，等熵絕熱流計(jì)算公式

3）從氣瓶出口至放空管路末端，即管路內(nèi)流動(dòng)為絕熱摩擦流。

有摩擦絕熱長(zhǎng)管一維流動(dòng)公式（等截面摩擦管道）

解方程組需采用迭代法，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程完成。

2.2 當(dāng)量長(zhǎng)度折算方法

1）對(duì)于閥門、彎管及變徑管的局部阻力，按局部阻力系數(shù)折算成一當(dāng)量長(zhǎng)度的直管段。

2）對(duì)于串聯(lián)管路

式中:LD為整個(gè)串聯(lián)管路之當(dāng)量長(zhǎng)度;D為管路等效直徑;d1，d2，d3…為各串聯(lián)管段直徑;Ld1，Ld2…為各串聯(lián)管段當(dāng)量長(zhǎng)度。

3）對(duì)于并聯(lián)管路

式中:LD為整個(gè)并聯(lián)管路之當(dāng)量長(zhǎng)度;D為管路等效直徑;d1，d2，d3…為各并聯(lián)管段直徑;Ld1，Ld2…為各并聯(lián)管段當(dāng)量長(zhǎng)度。

3 實(shí)際高壓放空管網(wǎng)

國(guó)內(nèi)船舶實(shí)際高壓放空管網(wǎng)由空氣瓶組及管路、通過(guò)閥柱的放空管路和短路放空管路組成。

3．1 空氣瓶組及管路

典型空氣瓶組及管路見圖2。

圖2 典型空氣瓶組及管路Fig.2Typical gas cylinder group

3.2 通過(guò)閥柱放空管路

通過(guò)閥柱放空管路見圖3。

3.3 短路放空管路

短路放空管路見圖4。

對(duì)比圖1～圖4可以看出，簡(jiǎn)化模型和實(shí)際高壓放空管網(wǎng)存在很大差異。

第2節(jié)中的計(jì)算方法存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

1）當(dāng)量長(zhǎng)度法一般適用于不可壓縮流體管網(wǎng)和低流速可壓縮氣體管網(wǎng)（Ma≤0.2）的計(jì)算。在高流速可壓縮氣體管網(wǎng)中，由于管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)指閥、閥柱以及三通等裝置）的節(jié)流和分流效應(yīng)改變了可壓縮氣體的流態(tài)，流體在不同管段的流態(tài)是不同的，而當(dāng)量長(zhǎng)度法卻將其統(tǒng)一認(rèn)定為一種流態(tài)。

2）將閥、閥柱以及三通等裝置按局部阻力系數(shù)折算成一當(dāng)量長(zhǎng)度的直管段，無(wú)法保證折算的正確性。

3）并聯(lián)管路計(jì)算式（5）成立的假設(shè)條件［3］是介質(zhì)不可壓縮和并聯(lián)管路各支管壓力降相等。高壓空氣放空時(shí)，當(dāng)壅塞現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，各分支管的壓力降不相等。因此，即使將高壓空氣放空按照不可壓縮介質(zhì)考慮，并聯(lián)公式仍然不成立。

國(guó)內(nèi)從未實(shí)際測(cè)量高壓放空質(zhì)量流量，因此不知道傳統(tǒng)計(jì)算方法的誤差是多少。

綜上所述，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)手段測(cè)量高壓空氣放空的真實(shí)質(zhì)量流量，評(píng)估傳統(tǒng)計(jì)算方法，或提出新的解決手段。

4 傳統(tǒng)計(jì)算方法的分析與改進(jìn)

4.1 分析

第2節(jié)的計(jì)算過(guò)程在美國(guó)計(jì)算方法基礎(chǔ)上增加了2個(gè)假設(shè):

1）從空氣瓶到水艙的復(fù)雜管網(wǎng)可等效成1根直管路;

2）放空時(shí)，高壓空氣管路末端的氣體流速已達(dá)到音速。此時(shí)，管路末端壓力大于或等于水艙背壓，其和質(zhì)量流量的數(shù)值由上游的氣瓶壓力、溫度、管路長(zhǎng)度、內(nèi)徑確定，與下游的水艙背壓無(wú)關(guān)［4］。即假設(shè)了高壓空氣瓶放空處在壅塞流狀態(tài)。

完整的高壓空氣瓶放空（1根直管）的過(guò)程要經(jīng)歷以下3種狀態(tài)［5］:

1）壅塞流

放空前期，放空管路入口處壓力P1很高，出口處壓力P2遠(yuǎn)大于水艙壓力PB，氣流在出口處達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀?，馬赫數(shù)M2=1，氣體流動(dòng)處于壅塞狀態(tài)，即在P1，T1，D和L確定的條件下達(dá)到了最大質(zhì)量流量。氣流剩余壓力（P2－PB）在放空管出口外經(jīng)過(guò)一系列斜膨脹波膨脹到水艙壓力PB。隨著放空繼續(xù)，P1和P2相應(yīng)逐漸下降，但只要P2仍大于PB，v2就仍為臨界流速（M2=1），流動(dòng)仍處于壅塞狀態(tài)，即在新的P1和P2條件下達(dá)到新的最大質(zhì)量流量。

2）臨界流

隨著放空繼續(xù)，P1和P2相應(yīng)逐漸下降，當(dāng)P2恰好降至等于水艙壓力PB，v2仍為臨界流速（M2=1）時(shí)，放空氣體處于臨界流狀態(tài)。

3）亞音速流

隨著放空繼續(xù)，氣體流動(dòng)越過(guò)臨界狀態(tài)，P1繼續(xù)下降，但P2=PB保持不變，v2逐漸減小，M2＜1，氣體進(jìn)入亞音速流動(dòng)狀態(tài)，質(zhì)量流量逐漸減少。只要P1＞PB，放空繼續(xù)進(jìn)行，直至P0=P1=P2=PB，放空結(jié)束。

對(duì)于直管路，要達(dá)到壅塞流狀態(tài)，必須保證氣瓶壓力和管子末端的背壓的比值足夠大而且管路長(zhǎng)度足夠短。如果不滿足這一條件，放空一開始就是亞音速流狀態(tài)，管路末端壓力就等于背壓。

對(duì)于復(fù)雜管網(wǎng)，要達(dá)到壅塞流狀態(tài)，必須保證放空管路中間不能出現(xiàn)節(jié)流點(diǎn)，放空管路中各點(diǎn)的氣體流速是逐漸增加的，到管路末端達(dá)到最大值——音速。如果管路中有節(jié)流點(diǎn)，節(jié)流點(diǎn)的氣體流速已達(dá)到音速。以節(jié)流點(diǎn)分解，上游為壅塞流，下游的氣體流速降為亞音速，管路末端壓力就等于背壓。

由于我國(guó)船舶高壓空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范延續(xù)了前蘇聯(lián)船舶高壓空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，在高壓空氣系統(tǒng)中設(shè)置高壓空氣閥柱來(lái)控制空氣瓶使用和放空，在空氣管網(wǎng)中有大量氣體匯聚和分流點(diǎn)?，F(xiàn)在不能確定船舶高壓放空是壅塞流狀態(tài)，有可能在閥柱位置和其他位置就是節(jié)流點(diǎn)。而這種計(jì)算方法不能對(duì)這種情況進(jìn)行計(jì)算。在美、英等西方國(guó)家的船舶高壓空氣系統(tǒng)中沒有閥柱。

對(duì)于直管路，用第2節(jié)的方法也不能計(jì)算放空的全過(guò)程，只能算到壅塞流結(jié)束。亞音速流對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)方程組與第2節(jié)的方法不同。

船舶在放空前一般保持較高的初始高壓空氣壓力值。通過(guò)閥柱放空到水艙時(shí)，由于管路阻力大，吹除流量小，開啟放空閥的時(shí)間較短（約10 s），空氣瓶的壓力降也不會(huì)很大。若忽略節(jié)點(diǎn)效應(yīng)，可認(rèn)為其是壅塞流。而對(duì)于短路放空，由于管路阻力小，吹除流量大，空氣瓶的壓力會(huì)迅速下降，壅塞流會(huì)很快轉(zhuǎn)換到亞音速流，此時(shí)就不能用傳統(tǒng)方法計(jì)算了。所以傳統(tǒng)計(jì)算方法只能對(duì)放空初期的高壓空氣流量進(jìn)行計(jì)算。傳統(tǒng)計(jì)算方法實(shí)際是式（1）～式（3）在P2＞PB時(shí)的特例。

國(guó)內(nèi)計(jì)算方法可簡(jiǎn)稱為“等熵絕熱流+有摩擦絕熱長(zhǎng)管一維流+復(fù)雜管網(wǎng)等效直管路+壅塞流”。

4.2 改進(jìn)后的計(jì)算方法

對(duì)第2節(jié)的方法進(jìn)行修改，在計(jì)算方法中增加了對(duì)流態(tài)的判斷和亞音速流狀態(tài)方程，重新編制程序后可以計(jì)算直管路高壓空氣瓶放空的全過(guò)程。

亞音速流時(shí)，P2=PB保持不變，只要對(duì)式（1）～式（3）加入P2=PB這一條件，即可解出M1和M2。

改進(jìn)后的計(jì)算方法可簡(jiǎn)稱為“等熵絕熱流+有摩擦絕熱長(zhǎng)管一維流+復(fù)雜管網(wǎng)等效管路+壅塞流、亞音速流”。此次按傳統(tǒng)方法計(jì)算6個(gè)工況的高壓放空質(zhì)量流量，采用的是改進(jìn)后的計(jì)算方法。改進(jìn)后的計(jì)算方法，理論上仍然不能計(jì)算復(fù)雜管網(wǎng)中出現(xiàn)節(jié)流點(diǎn)的情況。

5 CFD仿真計(jì)算

5.1 CFD介紹

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）的主要用途是對(duì)流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值仿真模擬計(jì)算。現(xiàn)代CFD技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，原本是通過(guò)自行編制程序來(lái)解決高精尖的航空航天領(lǐng)域的流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展和數(shù)值計(jì)算方法的日趨成熟，經(jīng)過(guò)40年的發(fā)展，CFD技術(shù)已趨于成熟和實(shí)用。

5.2 Flowmaster軟件介紹

Flowmaster是一維流體計(jì)算軟件，既可以計(jì)算不可壓縮流體，也可計(jì)算可壓縮流體。Flowmaster主要適用于具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的管網(wǎng)，如城市自來(lái)水管網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)。在這些管網(wǎng)中具有管路交點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)多），管路通徑多、長(zhǎng)度長(zhǎng)等特點(diǎn)。在本次試驗(yàn)中，利用Flowmaster軟件的可壓縮流模塊進(jìn)行高壓空氣瓶通過(guò)管網(wǎng)放氣的過(guò)程計(jì)算，可以得到管網(wǎng)中各點(diǎn)的壓力、溫度、流速、質(zhì)量流量等參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線。

5.3 仿真計(jì)算模型

用Flowmaster分別按6個(gè)工況進(jìn)行了建模和計(jì)算。其中的閥柱工況和短路工況模型如圖5和圖6所示。

6 流量測(cè)量

6.1 質(zhì)量流量的測(cè)量

多年來(lái)一直未對(duì)高壓空氣放空的質(zhì)量流量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，主要原因是一直找不到有效的高壓空氣質(zhì)量流量測(cè)量手段。

質(zhì)量流量是指單位時(shí)間內(nèi)，流體通過(guò)封閉管道或敞開槽有效截面流體的質(zhì)量。目前廣泛應(yīng)用的差壓、變面積、葉輪、容積、電磁、超聲波、渦街和旋渦等形式的流量計(jì)，都是對(duì)介質(zhì)的體積流量進(jìn)行測(cè)量的［6］，不能在本驗(yàn)證試驗(yàn)中采用。

質(zhì)量流量計(jì)分間接式和直接式2種。

間接式質(zhì)量流量計(jì)是用體積流量與密度計(jì)相結(jié)合的方式，通過(guò)繁瑣的計(jì)算而間接求得質(zhì)量流量的。由于體積與密度的測(cè)量都受許多因素的影響（如溫度、壓力、粘度、導(dǎo)電性、流態(tài)、直管段等），往往會(huì)產(chǎn)生明顯誤差。

直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量，不受上述因素的影響。目前直接式質(zhì)量流量計(jì)常見有熱式和科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)。

熱式質(zhì)量流量計(jì)的一般原理是:氣體流經(jīng)2個(gè)保持恒定過(guò)熱溫度的RTD傳感組件。傳感組件與氣體之間發(fā)生熱傳遞，熱傳遞量與氣體質(zhì)量流量成正比，因此對(duì)RTD傳感組件的電能供應(yīng)也與氣體質(zhì)量流量成正比。測(cè)量電能供應(yīng)量即得到質(zhì)量流量。但是熱式質(zhì)量流量計(jì)并不適合在本驗(yàn)證試驗(yàn)中采用。主要問(wèn)題是:①最大工作壓力遠(yuǎn)小于船舶高壓空氣放空壓力;②高壓放空時(shí)氣體流速很大，熱式質(zhì)量流量計(jì)來(lái)不及補(bǔ)償熱傳遞。

科氏力質(zhì)量流量計(jì)，以下簡(jiǎn)稱CMF，是利用流體在振動(dòng)管流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力原理，即根據(jù)牛頓第二定律建立起力、加速度和質(zhì)量三者關(guān)系的直接式質(zhì)量流量計(jì)。

如圖7所示，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度υ在對(duì)p軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受到2個(gè)分量的加速度及其力。

1）法向加速度αr:其量值等于ω2r，方向朝向P軸;

2）切向加速度αt:即科里奧利加速度，其量值等于2ωυ，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利Fc=2ωυm，管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著1個(gè)反向力－Fc=－2ωυm。

圖7 科里奧利力Fig.7Coriolis force

當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度υ流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度Δx的管道都將受到1個(gè)ΔFc的切向科里奧利力。

式中:A為管道的流通內(nèi)截面積。

由于質(zhì)量流量計(jì)流量即為δm，δm=ρυA，所以:

因此，測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體產(chǎn)生的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量，這就是CMF的基本原理。然而，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力是困難的，目前產(chǎn)品均代之以管道振動(dòng)產(chǎn)生的，即由2段固定的薄壁測(cè)量管，在中點(diǎn)處以測(cè)量管諧振或接近諧振的頻率（或其高次諧波頻率）所激勵(lì)，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測(cè)量管中點(diǎn)前后2半段產(chǎn)生方向相反的撓曲，用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)撓曲量以求得質(zhì)量流量。又因流體密度會(huì)影響測(cè)量管的振動(dòng)頻率，而密度與頻率有固定的關(guān)系，因此CMF也可測(cè)量流體密度。

科氏力質(zhì)量流量計(jì)一般用于測(cè)量液體、懸浮液、乳濁液和高壓氣體的質(zhì)量流量、密度和溫度，主要用于要求精確測(cè)量的場(chǎng)合。在本驗(yàn)證試驗(yàn)中即采用科氏力質(zhì)量流量計(jì)直接測(cè)量高壓空氣放空質(zhì)量流量。

6.2 科氏力質(zhì)量流量計(jì)

一般情況下，科氏力質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和變送器組成。各生產(chǎn)公司可根據(jù)顧客需要和本家工藝情況采用整體式或分體式安裝。

德國(guó)RHEONIK公司是一家從1984年就開始主要發(fā)展生產(chǎn)和銷售質(zhì)量流量計(jì)的廠家，其生產(chǎn)的流量計(jì)尺寸最大可達(dá)12英寸，測(cè)量范圍可達(dá)1500 t/h;最小僅有1/4英寸，可以測(cè)量1 g/h的點(diǎn)滴流量，生產(chǎn)的流量計(jì)通徑范圍為世界最廣。該公司提供的RHEONIK流量計(jì)全部采用分體式安裝，安裝距離最遠(yuǎn)可達(dá)500 m。

圖8 RHEONIK傳感器Fig.8RHEONIK sensor

RHEONIK流量計(jì)的傳感器包括2個(gè)外形像2個(gè)網(wǎng)球拍狀的管環(huán)（見圖8），雙管流向一致。整體組成包括2個(gè)橫桿和2個(gè)豎立的扭桿，扭桿的2端都是固定的。整個(gè)組合可自由擺動(dòng)，擺動(dòng)的頻率主要由橫桿的質(zhì)量和扭桿的彈性系數(shù)決定的。這個(gè)搖擺裝置被2個(gè)控制振幅電磁線圈激勵(lì)，擺動(dòng)的幅度由感應(yīng)器檢測(cè)。由于這2個(gè)彎管裝置是對(duì)稱的，他們的力是相互平衡的。2個(gè)扭力桿和橫桿的設(shè)計(jì)起了相互穩(wěn)定作用，使測(cè)量環(huán)避免外來(lái)的振動(dòng)力影響測(cè)量的精度。截面（a－b）（見圖9）沿著1個(gè)像蝶形的軌跡擺動(dòng)。測(cè)量的流體開始在擺動(dòng)的碟從a向b移動(dòng)，經(jīng)過(guò)了不同的速度產(chǎn)生了力（科里奧利力）。這個(gè)力作用于碟的平面，跟移動(dòng)的方向垂直，力的大小和流體的質(zhì)量流量成正比。這個(gè)力引起了管子的額外偏差，它的幅度由傳感器輸出的相位差檢測(cè)出來(lái)。

圖9 RHEONIK傳感器的受力分析Fig.9Dynamics of rheonic sensor

7 結(jié)果分析

對(duì)比臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果、傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果和Flowmaster仿真計(jì)算結(jié)果，比較傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果和Flowmaster仿真計(jì)算結(jié)果中哪一種與試驗(yàn)結(jié)果更加接近。

將試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)方法計(jì)算結(jié)果和仿真計(jì)算結(jié)果生成曲線，圖10和圖11的3條曲線中，上面的是試驗(yàn)流量曲線，中間的是計(jì)算流量曲線，下面的是仿真流量曲線。下面僅列出閥柱工況和短路工況的對(duì)比結(jié)果。

1）由于在氣瓶放氣過(guò)程中質(zhì)量流量是快速變化的，質(zhì)量流量計(jì)對(duì)變流量的測(cè)量有時(shí)間延遲。數(shù)據(jù)采集記錄儀在信號(hào)處理過(guò)程中也有時(shí)間延遲。組態(tài)王軟件的顯示也會(huì)有時(shí)間延遲。這些測(cè)量延時(shí)造成了試驗(yàn)測(cè)量的質(zhì)量流量曲線不光順。

2）用傳統(tǒng)方法計(jì)算和用Flowmaster軟件計(jì)算，均能正確反映高壓放空時(shí)質(zhì)量流量的變化趨勢(shì)，特別是在放空末期，2種計(jì)算值與測(cè)量值都非常接近。

3）從整個(gè)放空過(guò)程來(lái)看，用Flowmaster計(jì)算出的質(zhì)量流量曲線比傳統(tǒng)方法計(jì)算出的質(zhì)量流量曲線形狀更接近試驗(yàn)測(cè)量曲線。

8 結(jié)語(yǔ)

可壓縮流體在復(fù)雜管網(wǎng)中的高速流動(dòng)，是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題。本研究通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量與理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)船舶高壓空氣復(fù)雜管網(wǎng)放空問(wèn)題進(jìn)行了初步探索。

通過(guò)建立陸上高壓放空質(zhì)量流量驗(yàn)證試驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)與船舶接近的主要高壓放空工況進(jìn)行了放空質(zhì)量流量測(cè)量試驗(yàn)，采用科氏力質(zhì)量流量計(jì)第一次解決了高壓空氣質(zhì)量流量的測(cè)量問(wèn)題。對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行了深入分析，并分析了其根源和適用模型。在計(jì)算方法中增加了對(duì)亞音速流狀態(tài)的計(jì)算。用Flowmaster軟件仿真方法對(duì)放空工況進(jìn)行了建模計(jì)算。最后，通過(guò)3種方法結(jié)果的對(duì)比分析，對(duì)現(xiàn)有高壓空氣放空質(zhì)量流量計(jì)算方法進(jìn)行了評(píng)估。

由于時(shí)間倉(cāng)促和作者知識(shí)水平有限，本文離真正的工程設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確仿真的要求還有相當(dāng)?shù)木嚯x，還需要后來(lái)者繼續(xù)深入研究，主要包括以下幾個(gè)方面:

1）提高試驗(yàn)測(cè)量臺(tái)架的系統(tǒng)的響應(yīng)速度、采用電控閥來(lái)進(jìn)行放空的控制。

2）采用傳統(tǒng)計(jì)算方法時(shí)，對(duì)高壓空氣閥門、三通、流量計(jì)當(dāng)量長(zhǎng)度的估計(jì)是按照教科書等資料進(jìn)行的。其數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，沒有其他手段進(jìn)行驗(yàn)證。需要對(duì)這些元件的阻力特性進(jìn)行試驗(yàn)或仿真分析。

3）對(duì)Flowmaster也僅限于系統(tǒng)建模仿真，需要深入分析其采用的理論模型。

總之，船舶高壓空氣復(fù)雜管網(wǎng)放空計(jì)算是船舶高壓空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題。隨著我國(guó)船舶技術(shù)的發(fā)展，船舶高壓空氣系統(tǒng)向提高放空質(zhì)量流量的方向發(fā)展，因此對(duì)于準(zhǔn)確進(jìn)行高壓空氣復(fù)雜管網(wǎng)放空計(jì)算的愿望更加迫切，這需要廣大專業(yè)技術(shù)工作者的勤奮努力和刻苦鉆研。

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