基于平面波理論的壓縮機氣流壓力脈動分析與試驗研究

門曉蘇 ，張衛義 ，趙 杰 ，袁 偉

（1.北京石油化工學院，北京 102617；2.北京化工大學，北京 100029）

1 前言

大中型往復活塞式壓縮機是化工生產中最為關鍵的設備之一。但通常由于其不穩定的壓力脈動使管道發生劇烈振動，影響正常生產，造成巨大的經濟損失。因此準確計算壓縮機管路系統內氣體脈動流場，預測實際工程中設備內部氣流壓力脈動幅度，對高壓環境下的生產安全有著十分重要的意義。

氣流壓力脈動的成因是往復式壓縮機氣缸間歇性的吸氣與排氣，造成管道內的氣體流速和壓力的周期性變化。近年來研究氣流壓力脈動的理論方法以平面波理論與一維非定常流動理論為代表［1～4］，從分析域的角度講前者為頻域分析，后者為時域分析，其中平面波理論計算方法比較成熟［5］。隨著計算流體力學的不斷發展，基于一維非定常流動理論的CFD方法在分析氣流壓力脈動問題上得到越來越廣泛的應用［6］。但研究發現湍流模型和網格質量，都會對CFD計算模型的求解精度產生較大影響［7］。而平面波理論方法能直接得到控制方程的精確解析解，無需劃 分網格迭代求解，計算更加方便快捷。本文即采用以平面波理論為基礎的聲學波動方程，給定符合往復式壓縮機氣缸啟閉規律的邊界條件，對壓縮機管路系統中氣流壓力脈動進行模擬計算，搭建壓縮機氣流壓力脈動試驗平臺，通過試驗采集氣體壓力脈動信號，驗證數值計算結果的正確性。針對實際工程案例，應用本文建立的氣流壓力脈動計算模型，研究壓縮機排氣緩沖罐直徑、排氣口到緩沖罐連接管長度兩因素，對管道內氣流壓力脈動幅度的影響規律。……