Диссертация (1025868), страница 14
Текст из файла (страница 14)
С помощьювентиля В2 подается и регулируется давление на входе. Начинается записьпоказаний датчиков с частотой опроса 20 кГц. По окончании экспериментана панели программы опроса датчиков и обработки данных нажимаетсякнопка «Сохранить» и происходит запись массива данных в текстовый файлс ранее выбранным именем.ПозавершениииспытанияперекрываетсявентильВ2.Экспериментальная установка приводится в первоначальное состояние и принеобходимости эксперимент повторяется. Для уменьшения величиныслучайных погрешностей экспериментального исследования для каждогорежима работы установки проводилось по 5 независимых экспериментов. Позавершении серии исследований выключается компрессор и происходитсброс давления из ресивера с помощью вентиля В1.4.3.ОпределениепогрешностирезультатовэкспериментальныхисследованийПри проведении экспериментальных исследований для каждого режимабыли проведены серии из пяти экспериментов, включающих в себяизмерения давления, расхода и температуры.
Для определения погрешностейиспользовались общепринятые методики обработки экспериментальных114данных, достаточно подробно изученные и изложенные в соответствующихисточниках [134, 135].Во время исследования принималось допущение об отсутствиисистематической погрешности. Таким образом, точность измеряемыхвеличинопределяетсяслучайнойпогрешностьюипогрешностьюизмерительного оборудования (приборная погрешность).Среднеезначениеизмеряемыхвеличин(давлениеирасход)определяется как:1=(4.1)=1где – общее число независимых повторяемых измерений.Среднеквадратичная погрешность, усредненная в соответствии с (4.1)по испытаний определяется следующим образом:nx ( x x)i 1i(4.2)n(n 1)При этом значение вероятности попадания в доверительный интервалвыбиралось равным α=0,95.
Для каждого измерения проводилась серия изпяти экспериментов при одинаковых условиях. Для данных условийкоэффициент Стьюдента t0.95;5 равен 2,8 [134].Таким образом, случайная погрешность измерений равна произведениюсреднеквадратического отклонения (4.2) на безразмерный коэффициентСтьюдента и определяется выражением [134]:∆сл = 0.95;5 ∙ Среднеквадратичная(4.3)погрешностьизмерительногоопределялась по следующей зависимости [136]:оборудования1152где δ – абсолютная предельная погрешность прибора.пр =(4.4)Приборная погрешность равна произведению среднеквадратическойпогрешности (4.2) на безразмерный коэффициент Стьюдента и определяетсявыражением:∆пр = 0.95;5 ∙ прТаким(4.5)образом,результирующаяпогрешностьопределяетсяпоследующей зависимости [134]:∆2сл + ∆2пр∆ =(4.5)Относительная погрешность:=∆(4.5)где − среднее значение измеряемых величин (4.1).Определениепогрешностейпроводилосьдлякаждойсерииэкспериментов.
Максимальная величина относительной погрешности непревысила6%длявсехсерийидиапазоновэкспериментальныхисследований.Для дополнительной проверки результатов эксперимента проводиласьсериякросс-верификационныхисследованийспомощьюCFDмоделирования расходной характеристики для рабочего участка и одногорежима для всей экспериментальной установки.4.4. Обработка результатов экспериментаВсоответствиисразработаннойметодикойпроведенияэкспериментальное исследование было разбито на два этапа. На первом этапетребуется получить характеристику расхода от перепада давления и116зависимость коэффициента гидравлического сопротивления рабочего участкаот числа Рейнольдса. На втором этапе экспериментального исследованиябыли получены характеристики для трех режимов работы стенда и проведеносопоставление расчетного и экспериментального исследований.4.4.1.
Экспериментальное исследование характеристик рабочего участкаВо время экспериментального исследования рабочего участка былиполучены гидравлические характеристики двухпозиционных клапанов,которые далее использовались как исходные данные для расчетов припомощи разработанного метода расчета и программного комплекса «CVM1D».При проведении экспериментального исследования одновременноснимались показания по пяти параметрам (от двух датчиков давления, двухтермопреобразователейирасходомера).НаРис. 4.8представленазависимость изменения расхода через рабочий участок от времени. Каквидно из рисунка, расход увеличивается линейно.
При закрытии клапана(~23 секунда)происходитрассматриваемыйрабочийперекрытиеучасток.потокарабочейсредыВремясрабатываниячерезклапанасопоставимо с дискретностью по времени сигнала датчика расхода. Оценкавремени срабатывания по осциллограммам датчиков давлений дает нижнийпредел времени срабатывания клапана в 10 мс.117400350Расход, л/мин300250200150100500051015202530Время, cРис. 4.8. Зависимость расхода через клапан от времениПослепроведенияпроанализированыихэкспериментоврезультаты,набылиосновеобработаныкоторыхиполученахарактеристика расхода от перепада давления для трех рабочих участков.Результаты исследования обрабатывались на основе серии экспериментов всоответствии с методикой проведения экспериментов.
Зависимость расходаот перепада давления для серии из пяти экспериментов (измерения 1, 2, 3, 4 и5 соответственно) представлены на Рис. 4.9.Данные представлены для перепада давления на рабочем участке~4,5·104 Па. При дальнейшем увеличении перепада давления затворперекрывает расход воздуха через рабочий участок. Также можно отметитьхорошую повторяемость экспериментов, при которой разброс результатов непревысил 4 %.118350Расход, л/мин300250200Измерение 1150Измерение 2Измерение 3100Измерение 4Измерение 550005000100001500020000250003000035000400004500050000Перепад давления, ПаРис. 4.9.
Зависимость расхода через рабочий участок от перепададавленияДлякросс-верификацииэкспериментальныхисследованийбылопроведено численное исследование характеристик единичного рабочегоучастка с двухпозиционным клапаном с помощью CFD расчетов [137],выполненных в программном продукте STAR-CCM+ [138]. При этомиспользовалась многогранная (polyhedral) расчетная сетка, характернаяячейка которой представляет собой многогранник, приближенный кограненной сфере.
Построение сетки расчетной области выполнено впрограммном комплексе STARCCM+ с использованием встроенногосеточногопостроителя.Впристеночнойобластибыливыделеныпризматические сеточные пограничные слои. Размер пристеночных ячееквыбирался таким образом, чтобы пристеночное значение функции Y+ лежалов диапазоне от 30 до 300 [138]. Для определения независимости решения отрасчетной сетки были проведены тестовые расчеты на сетках от 50 тыс.
до 3млн. контрольных объемов и различных моделях турбулентности, на основекоторых была выбрана оптимальная сетка размерностью ~300 тыс. ячеек идвухпараметрическая модель турбулентности [138]119Сопоставление результатов экспериментального исследования (данныепредставлены с учетом погрешности полученных результатов) с расчетнымиданными, полученными с помощью CFD пакета STAR-CCM+, представленона Рис. 4.10.
Сравниваются расходные характеристики, полученные врезультате CFD расчета и экспериментальные данные с наложеннымдиапазоном отклонений. Незначительное отклонение результатов численногоисследования может быть связано с погрешностями изготовления деталейклапана и погрешностями заданияграничных условий для CFD расчета(значения давлений до и после клапана). При этом полученная с помощьюCFD расчета характеристика совпадает с экспериментальной с точностью допогрешности измерения в 6 %.450400350Расход, л/мин300250CFD расчет200Эксперимент1501005000200004000060000Перепад давления, Па80000100000120000Рис. 4.10.
Сопоставление расчетных и экспериментальных расходныххарактеристик клапанаЗависимость коэффициента гидравлического сопротивления (КГС)рабочего участка от числа Рейнольдса представлена на Рис. 4.11. Значение120КГС приводилось к проходному сечению клапана. Плотность воздухаприводилась к нормальным условиям.Коэффициент гидравлическогосопротивления1,401,351,301,251,201,151,101,051,00020 00040 00060 00080 000100 000120 000140 000160 000Число РейонольдсаРис. 4.11. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления (КГС)от числа РейнольдсаПолученная зависимость КГС от числа Рейнольдса была представленав виде следующей степенной зависимости: = 4,0539 · −0,101 ,(4.6)где число Рейнольдса описывается следующим выражением: =г,(4.7)где − плотность при н.у., кг/м3; – динамическая вязкость при н.у., Па·с.Здесь гидравлический диаметр г определяется как:г =4,(4.8)121где S – площадь проходного сечения, м2.Средняя скорость определяется следующим выражениемu udSS dS.(4.9)SПолученнаязависимостькоэффициентагидравлическогосопротивления рабочего участка от числа Рейнольдса была интегрирована вдальнейшую расчетную модель на базе разработанного метода для всейпневмосистемы с тремя рабочими участками [137].4.4.2.
Исследование режимов работы экспериментального стендаКак указывалось выше, экспериментальный стенд, представляющийсобой прототип системы ограничения расхода [131, 132], состоящей из трехпараллельно установленных рабочих участков, имеет три режима работы.Каждый режим определяются количеством рабочих участков с открытымиклапанами. При повышении давления на входе в экспериментальный стенд,происходит последовательное закрытие клапанов и переход из одногорежима работы в другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
