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用Simcenter Amesim 仿真节流孔径、压损以及流量的关系-xc学习Amesim之练习

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xc

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概述

 最近,开始学习Simcenter Amesim,进行系统仿真,真是越学越不由的感叹,德国工业的强大。真心不是一个级别,工程应用中,我身边有很多技术员都还翻手册,套用公式的打法,老外却一直都是钻研在软件的开发和应用。无论是我目前学习的Simcenter Amesim,还是工程3D设计中要到的solidworks,catia...哪个不是老外公司控制着。以前还特意发过文章 我国工业设计软件隐患,是机遇还是命门?

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 所以,不要整天看短视频,就觉得我们已经有多牛叉了,在工业建设中,长路漫漫,任重而道远!
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学习感想

 说远了,说说这段时间的学习感受吧,仿真和分析,其实现在大多数3D设计软件或多或少都会附带这个功能,比如我写的这篇流体有限元分析仿真 Flow simulation ,solidworks 但这些软件准确来说,更适合零部件的仿真计算,简单组件的仿真,如果是一个系统,比如液压系统... :$(傲慢) 天啊,不敢想,估计计算机要累死,操作人员也要晕倒,光是那个建模工作,稍有不慎,网格划分这关可能都过不了。
 这恰恰是Amesim软件的优势,它更擅长做系统分析,系统搭建快速,仿真结果很快就可以搞定,搭配报表的多种显示分析,加上后处理,堪称完美。
 这款软件目前似乎还没有汉化,这对一些看到英文就头疼的人,多少有点打击,我看一些大学似乎也开了这个课程,我个人认为,对没有工程经验使用的人,估计也会很痛苦。

正文

 目前我也只能算一个入门学习者,练习的时候,就很想用它去做我很感兴趣的课题:孔径、压差和流量,到底存在怎样的关系?以前也写过两篇文章: 压差、流量、节流孔径 计算公式简约版压差、流量、节流孔径存在怎样的关系?
 可见,我对这个问题很感兴趣,其中,我修正过a系数,取值0.265,HAWE公司的样本取值0.78

系统搭建

 下面是我用Amesim搭建的液压系统原理,非常简单,泵的最大流量设定是150L/min,溢流阀的开启压力是100bar,接了一个压力表,经过一个可变节流阀回油箱,节流阀的最大口径为10mm.
drowing.jpg

节流阀的设置

 系统可变节流阀的输入信号是一个0-1的系数,这个系数其实对应的就是节流阀最大口径面积的百分比,为了更直观一点来看,我做了一个简单的换算,见下表:

系数k对应孔直径
00
0.052.23 mm
0.13.16 mm
0.153.87 mm
0.24.47 mm
0.255.0 mm
0.35.47 mm
0.355.91 mm

结果

压差的变化

 因为我的出口是直径回油箱,所以节流阀的入口(prot 3)压力就是压损值,见下图:
presure.jpg

流量的变化

 节流阀的出口(prot 2)流量,见下图:
flow.jpg

结果

 从曲线变化规律来看,是符合实际工作工况的,我们用这个公式反推一下a值:
压损、孔径和流量的关系
最终得出:
 Amesim参数反推a值大约为0.42
 德国hawe给的a值约为0.78
 我以前试验自己得出的a值为0.265(流速较低,大概率是层流)
说明:
以上公式是根据伯努利方程推算出来的,液体的两种状态:层流和湍流 是根据雷诺数进行判断(光滑金属管的雷诺数大约为2320,小于这个值为层流,大于这个数为湍流)
流量系数
从上图可以看出:
流量系数Cq,在层流状态下,和流量系数基本成正比,进入湍流状态后,系数Cq基本就会很稳定不变,所以AMESIM或HAWE都是按照湍流工况来处理的。

进一步补充:

 关于系数a差别这么大,我认为问题并没有解决,因为这个系数最终影响的结果值偏差太大。于是,我再次做了仿真:
 条件:
 介质:32#液压油
 温度:30℃
 恒定的液压源:压力在10秒内,从0分别上升到10bar 和100bar
 固定节流孔:孔径5mm
 节流阀前后管道:采用DN10mm的长度为1m的管道。
7bar33.2lpm
75bar108.9lpm
 分别从曲线中取值,7bar@33.3L/min和75bar@108.9L/min
 利用HAWE公司的公式反推a值,得出的a值0.42
 这个结果让我很抑郁,问题在哪呢?在AMESIM中,Cq的最大值是按照0.7来计算的,为啥我老是算出来是0.42?
20220926142027.jpg
 翻阅AMESIM的HELP文档,发下公式竟然还有后续:
20220926141956.jpg
 目前我初步认为,系数Cq并不等同于计算公式中的a值,a值得结果是Cq*tanh函数得到的值。
 虽然目前有一些资料或教材仍然采用的是直接用Cq=0.6或0.7来计算,这样得到的流量值偏大。

进一步验证

我在美国sunhydraulics的英文产品样本中找到压差、孔径及流量三者之间关系的曲线图:
压损流量曲线
压损流量曲线
同时Sunhydraulics公司给出了计算公式:
计算公式
 说明,它的流量系数c值取0.6,液体密度是0.9 g/cm3

注意,上面的系数a在下式简化中,直接另外引用的是c,并没有引用a,可以间接说明,a和c不相同。

 利用给出的公式来套用数据,是符合上面曲线的,同样,我在AMESIM中,将Cq值设置为0.6,设置:孔径5mm;压差7bar;最终得出的流量值是:28.5L/min, 是符合sunhydraulics的曲线数表的。但此时用这个数据反推系数a的值,就变成了0.36了。
压损流量曲线
 根据我以前做的试验数据,我更愿意相信0.36的这个系数的准确性,后续还得多做一些实际实验数据来进一步验证。

最终总结

此处内容,需回复之后可见

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    Robin
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    学习了啊,大有帮助!

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    Fangfang
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    访客

    学习了!

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