基本介紹
- 中文名：瞬變管流
- 外文名：transient pipe flow
- 定義：處於瞬變流動狀態下的流體
- 套用：推進劑輸送管路
- 一級學科：航空航天科技
- 二級學科：航空太空飛行器
瞬變流動,液壓衝擊,氣穴現象,波紋管內瞬變流動的數值計算研究介紹,
瞬變流動
在飛行器液壓系統中，有時會出現流體的流速在極短的瞬間發生很大變化的現象，從而導致壓力的急劇變化，這就是所謂的瞬變流動。瞬變流動會給系統帶來很大的危害，應儘量予以避免。
液壓衝擊
在液壓系統中，由於某種原因，液體壓力在瞬間會突然升高，產生很高的峰值的現象稱為液壓衝擊。
液壓衝擊產生的壓力峰值往往比正常工作壓力高好幾倍，常伴有噪聲和振動，從而損壞元件、密封、管件等，有時還會引起某些液壓元件的誤動作。因此，必要時要作最大壓力峰值的估算。
引起液壓衝擊的原因主要有：
(1)液流通道迅速關閉或液流迅速換向，液流速度的大小或方向突然變化時，由於液流的慣性而引起。
(2)運動著的工作部件突然制動或換向時，由工作部件的慣性引起。
(3)某些液壓元件動作失靈或不靈敏，使系統壓力升高而引起。
減小液壓衝擊的措施包括：減慢閥門關閉速度或減小衝擊波傳播距離；限制管中油液流速；用橡膠軟管或在衝擊源處設定蓄能器；在易發生液壓衝擊的地方，安裝限制壓力升高的安全閥等。
氣穴現象
在液壓系統中，如果某一處的壓力低於大氣壓的某個數值時，原溶解於液體中的空氣將游離出來形成大量氣泡，這一壓力值稱為空氣分離壓。若壓力繼續降到相應溫度的飽和蒸汽壓時，油液將沸騰汽化而產生大量氣泡，這兩種現象都稱為氣穴。
發生氣穴現象後，氣泡隨油液流至高壓區，在高壓作用下迅速破裂，於是產生局部液壓衝擊，壓力和溫度均急劇升高，產生強烈的噪聲和振動。在局部地區，由於反覆承受液壓衝擊、高溫和氧氣的侵蝕而剝落破壞，這種現象叫作氣蝕現象。
空穴的產生以及帶來的氣蝕現象，會嚴重地影響系統的性能、降低元件壽命。
為了防止產生空穴，可採取下述措施：
(1)減小流經節流小孔、縫隙處的壓力降，一般希望小孔前後的壓力比p1/p2<3.5。
(2)正確設計液壓泵的結構參數，特別是吸油管路應有足夠的管徑，儘量避免管道急彎，濾網應及時清洗或更換，管接頭處應密封良好。
(3)整個系統管路應儘可能做到平直，而且配置要合理。
(4)計算允許最大吸油高度時，可以用空氣分離壓來代替泵吸油口的絕對壓力，空氣分離壓一般取0.02~0.03MPa。
波紋管內瞬變流動的數值計算研究介紹
在以液氫、液氧為推進劑的火箭發射場中，波紋管作為熱脹冷縮的補償導管大量套用於低溫推進劑輸送管路中。推進劑輸送管路在進行泵啟停、閥開閉過程中，不可避免地要涉及到波紋管瞬變流的問題。當前國內外對波紋管補償能力、應力分析、結構最佳化、強化傳熱及摩阻損失等方面研究很多，對一般彈性軟管在流固耦合下的瞬變流動也不乏研究，對管截面積隨管長連續變化的管道內瞬變流動的數值計算也有研究，但針對波紋管瞬變流動的計算方法及其對水擊的影響研究的相關文獻卻很少見到。
圖1
圖1由於波紋管管壁呈波紋形狀，如圖1所示，管道直徑發生周期性的變化，對於U形波紋管還出現了截面面積隨管長躍變的情況，因此不能利用一般管道的水擊連鎖控制方程進行計算，也不能用錐形管或漸變截面管控制方程進行計算。一般的做法是將波紋管看作是以內徑和外徑為直徑的兩種直徑管道的串聯，如圖2所示，再用一個等長度的當量直管道來代替波紋內的流動過程，等效代替的原則是波速在當量管道內經過的時間與在波紋內經過的時間相同，流過當量管道的動量亦與波紋管相同，波紋管在兩種直徑管道內的波速由等徑直管的波速公式進行計算。這種等效處理對波高相對直徑很小的波紋管是合理的，但當波高較大時，波紋管還需考慮軸向變形。
圖2
圖2有關學者研究了火箭上波紋管對水擊壓力的吸收分析，但作者在估算波紋管的水擊波速時，直接採用了與波紋管公稱通徑、材質壁厚均相同的等徑直鋼管波速公式進行計算，這種方法不能考慮波紋管直徑周期變化的影響。該研究報告從瞬變流動中波紋管內流體運動控制方程的推導出發，提出了一種波紋管內水擊波速的計算公式，並提出了套用特徵線法求解其瞬變流動的數值計算方法。
