气动减压阀能耗损失的研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

第 25卷 第 3期2013年 9月甘 肃 科 学 学 报Journa1 of Gansu SciencesV01．25 NO．3Sep．2013气动减压阀能耗损失的研究张远深，周 宣 ，宋有明，马忠孝 ，牛雪虹(兰州理工大学 能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050)摘 要 ： 分析 了实际气体在节流减压过程 可用能的损失，以实际气体熵和焓的微分方程为依据，通过等压和等温过程积分，推导 出实际气体节流减压过程的可用能损失公式并进行仿真，结果表 明：可用能损 失随出口温度增加而增 多.

关键词 ： 减压阀；节流减压；实际气体；可用能损失中图分类号： TH138．52 文献标志码 ： A 文章编号：1004 0366(2013)03—0070—03The Research of Energy Loss for Pneum atic Reducing ValveZHANG Yuan—shen，ZHOU Xuan ，SONG You—ruing，MA Zhong—xiao，NIU Xue—hong(College of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)Abstract： The available energy loss in throttle pressure relief process is studied．Based on differential e—quations of entropy and enthalpy of the actual gas and the integration of constant pressure and isothermalprocesses，the available energy loss formula is derived．Simulation shows that the energy loss increases asthe outlet temperature increases.

Key words： reducing valve；throttle pressure relief；actual gas；available energy loss气动减压 阀是气动系统的重要元件 ，随着减压阀在气动汽车上的应用，减压阀不单要实现降低压力，还要实现能量损失最小化．传统气动减压阀通过节流实现减压，节流减压是高压气体通过节流小孔时 ，速度增大 ，压力减小 ；通过节流小孔后 ，通流面积增大，速度降低 ，压力上升 ，但是恢复不 到节流前的状态．整个过程因为存在着摩擦损失 ，所以是不可逆过程 ，能量在质上存在着损失．为了准确说明能量的做功能力，热力学引入可用能的概念．可用能表示在一 定的环境条件下 ，一定形态的能量 中可以转换 为有用功的最大理论限度，文章就针对节流减压过程的损失进行分析.

1 节流减压的理论模型节流减压是一个稳定流动的开 口系统，它的可用能平衡方程式为EQ+Em+÷ +mgz1一E +EH2+去 ；+mgz 2+EL， (I)其 中：E ，E 。分别表示进出 口物质流的焓可用能；_砉_榭 ，去 ；分别为系统进出口物质流的动能可用能；mgz ，mgz z分别为系统进 出口物质流的位能可用能，节流减压过程 z 一 。；EQ为 由温度为 丁 的外部热源输入的热量可用能，E。一』i(1一鲁) Q，节流减压的外部环境 TH— T。，所以 E。一 0；E 为稳定流动系统由于过程不可逆引起的可用能损失 ；EW为节流过程中系统对外作出的功量，Ew一 0；则EL— E H1一EH2 4- l f12一c；)，收稿 日期 ：2012-12-03作者简介：张远深(1962=)，男，硕士，高级工程师，主要从事液压、气压技术方面的科研和教学工作．E—mail：ZX—elite###163．corn*通信作者 ：E—mail：zx_elite###163．corn第 25卷 张远深等：气动减压阀能耗损失的研究 71节流前后速度的变化见文献[11，一级减压阀阀前Ma< 0．3，第二级减压阀阀前即一级减压阀阀后的稳定状态，Ma也小于 0．3，所 以阀前 阀后 的稳定状态速度变化不大 ≈ c ，则可用能损方程简化为EL二=E H1～ EH2一 ( H1一 H2).

根据流动介质焓可用能 的定义式_2]，节流前后的比焓可用能分别为eH1一 (hl— ho)一 T。(s1一 so)，eH2= ( 2一 ho)一 T。(s2一 So).

用单位质量的流动介质的可用能量来表示可用能平衡方程，则节流减压过程的可用 能损失 的计算表达式为eL== h1一 h2一 T。(S2一 S1)． (2)2 理想气体可用能损理想气体 节流减压过程是稳定 的开 口系统 ，根据热力学第一定律△E 一 (AE)0+ (AE)w+ (△E)M， (3)zXE==E 一E ，△E是进出口能量的变化量 ，(△E)Q、(AE)Ⅳ、(AE)M分别是热量 、功量和质量流的能流.

因为节流装置在稳定的工况下工作 ，AE 一 0；节流过程进行的比较快 ，来不及与外界交换热量 ，故该过程简化为绝热过程 ，(AE)。==0．该过程无功量交换(△E)w一～W 一0，动能位能变化忽略不计 ，则(AE)M — En— E — H 1一 H 2.

把上述关系带入式(3)，可得(AE)M — H1一 H2— 0，即 H1一 H2，m1h1一 m2h2.

根据质量守恒 ，△ 一m1一m2—0，m1一m2．带入上述方程，可得到 h 一h ，所以理想气体在节流减压过程的可用能损失的计算表达式为PL一～ To(s1一 2)一 To As， (4)由式(4)和式(3)比较可知 ，理想气体的可用能损失的分析忽略了节流前后的焓值变化.

3 实际气体可用能损对于真实气体而言E ，焓和熵的微分形式分别为dh—C +[ 一T( )。 ㈤ds—c 一( ) dp， ㈦其中：C 为定压 比热容 ； 为 比体 积；P为气体 的绝对压力 ；下标 表示等压条件.

买 际气 体 的状态 方程 考虑 压 缩 因子 的影 响pv — ZRT ， (7)R为气体常数 ，则( ) ：z R十 R行aZ) ， (8)由于焓是态函数 ，焓值大小与积分路径无关．焓值可以分解为两部分 ：温度焓和压力焓．寂态时的焓值为h(T。，P。)，积分路径设为：气体先经历等温过程，压力由 P到 P。，h(T，P)到 h(T，P。)；再经历等压过程，温度 由 T到 T。，h(T，P。)到 h(T。，P。)，则气体在任意状态的焓值可以反方向积分得h(T，P)一 h(rf。，P。)+』 Tc T+肌 一T( ) dp．㈩熵也是态函数，熵的微分形式按照前面的积分路径，可得任意状态熵 的计算公式为，P)一 。)+f：c 。 一P [z R+T R行3Z) dp． (1O)节流减压 ，入 口处的状态 1为(P ，T。)，出口处稳定的状态 2为(P ，T。)，对此做一解释，理想气体经过节流减压，进 出口的温度相等．实际气体经过节流减压 ，前后温度会发生变化，根据焦耳 一 汤姆逊系数，节流后的温度可以升高，可以降低，也可以不变，这取决与节流之前的状态、节流温度及流体的性质．在相 同的入 口状态及节流程度的条件下 ，节流后的温度效应取决于流体 的性质 铂].

一 h(To + ( )眦 ( )一 R~TfIn P2一To21n P1]( ) ．(1)s 一 s( P【))一 ZR1n P1
一 ( ) ln P1，2一 s(T。，P。)一 CP
。
In 1 2+ ZRln 1-2～础( ) 1n P2，s ～一ZR(1n P1 鲁)+( 1n PI-T2ln P2 ＼,行OZ J~．(12)将式(11)，式(12)带入式(2)中，得 出实际气体节流减 压后 的可 用能损 失公 式 为甘 肃 科 学 学 报 2013年 第 3划== =[T；一T。。-JR1 P2 I=行8ZT]ln 1" ) + = c。
ln T2+ ZR丁
。(1n P1一ln鲁)． (13)应用 以上公式仿真 ，入 口处状态设为(35 MPa、293 K)，出 口压 力 为 5 MPa，出 口温 度从 170～295 K的曲线如图 1、图 2所示.

， ． 、。DK图 1 熵产 随出口温度 变化 曲线K图 2 可用能损失随 出口温度变化曲线由仿真曲线可看 出，节流减压过程气体的熵值增加，并且随出 口温度的增大而增多．熵产与温度基本成正 比关系，可用能损失随温度的上升而增加 ，温度上升到 300 K ^小1 K.

4 结语(1)研究对 f小f1l 际气体在节流减压的可用能损失进行分析，并推出计算公式.

(2)理想气体和实际气体在节流减压过程中最大的差别是前者不考虑焓值变化 ，而后者列为考虑对象.

(3)从焓和熵的微分方程进行分析 ，认为实际气体的节流可用能损失通常用焦耳一汤姆逊系数进行推导，焦耳一汤姆逊系数的前提是焓值相等 ，而实际气体节流过程焓值必然发生变化.

参 考文献阁耀保，张丽，李玲，等．车载高压气动减压阀压力场与速度场研究EJ]．中国工程机械学报，2011，9(1)：1-5.

陈贵堂．工程热力学[M]．北京：北京理工大学出版社，1 998.

王保国，刘淑艳，黄伟光．气体动力学[M]．北京：北京理工大学出版社 ，2005.

吴存真，张诗针，孙志坚．热力过程炯分析基础[M]．杭州：浙江大学出版社，2000.

许宏．压缩空气动力汽车的可行性研究[J]．中国机械工程，2011，1 3(17)：1 512—1 515.

周杰 ，王建华．气 动汽车高压气体减 压过程 中的能量损 失与补偿[J]．液压与气动，2007，11(7)：28 30.

贾光政，王宣银，吴根茂．高压气动容积减压系统研制EJJ．液压与气动 ，2003，7(8)：14 16.

虞健，左曙光，靳晓雄．压缩空气动力汽车研究[J]．汽车科技，2004，30(5)：8]]Ⅲ 嘲 嘲 嘲