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3、实验研究 3.1 实验目的及内容

实验目的主要是验证一维非定常可压缩流体流动数学模型应用于气流脉动分析的准确性以及数值计算的精度，对比计算和现场实验结果发现模型中需要改进之处。通过实验帮助认识气流脉动如何在管道系统内传播，了解摩擦、实际气体性质等因素对气流脉动的影响。 本文在一台双作用活塞式压缩机二级排气管道上测取动态压力数据：测量管道系统不同位置处的动态压力，观察改变滤波频率对波形和最大脉动幅值的影响，保存不同滤波频率的采样数据。 3.2 实验装置 3.2.1 压缩机管道系统

本文实验数据是从专门搭建的压缩机管道气流脉动研究实验台上测取的，图3-1是实验台实物照片，图中标注了6个测点位置。图 3-2是压缩机二级排气管路结构简图，压缩机二级排气通过一段短管进入缓冲罐I，再经一段较长的管道CD进入一个很大的储气罐，储气罐II排气口有阀门，调节其开度改变管路压力，以达到需要的压力运行工况。缓冲罐I和储气罐II将排气管路分隔为AB和CD两段。管道AB由气缸排气口即排气阀处开始，到排气缓冲罐I进口处结束，管道CD从缓冲罐I出口到缓冲罐II进口。

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为使数据接近工业现场，实验台模拟了工业现场常见的管道配置，压缩机的排气口都配有缓冲罐。气流脉动的激发源是一台大气量的空气压缩机，其技术规格如表3-1所示。

3.2.2 测点分布

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管路上总共布置了6个压力传感器，如图3-3所示。它们的位置分别在：1压阀盖(阀腔处)，2-气缸法兰，3-缓冲罐进口，4-缓冲出口，5-弯管出口，6-管道CD中间。

3.2.3 动态压力测量系统

测量系统由压力传感器和信号处理系统两大部分组成[5]。各位置处的压力物理信号首先由压力传感器转变为电压信号，再经高速数据采集卡处理后，最后通过计算机屏幕显示出动态压力波形。 1)压力传感器

动态压力信号的测量是要测取沿管道内气流平均压力值上下波动的变化分量[57]。传感器的量程和强度必须适应压力值，脉动压力的测量精度要求特殊设计的传感器，这种传感器要具备以下特点[36]：

(1) 测量范围适合管道内气流的平均压力值; (2) 较高的固有频率; (3) 较高的灵敏度;

(4) 在测量范围内输出信号应保持线性; (5) 对被测介质及温度不敏感; (6) 可用于远距离测量。

所以本实验脉动压力的测量采用了XTL-190M-7-BAR-SG超小型压力传感器，图3-4是传感器的实物照片。它的压力量程为0-0.7MPa，灵敏度为0.25%，固有频率为150kHz，能够

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满足实验动态压力测量任务的要求。另外它的结构非常紧凑，小型化程度很高，传感器的信号可以用较长的电缆传输。这一点对压力数据测量很重要，因为管道上的测点与数据采集卡往往有一段距离，个别测点可能非常远，这时候需要较长的信号延长线连接，在较长距离后传感器要保证信号不被衰减和干扰。此外由于传感器工作元件变形很小，所以具有较高的灵敏度和固有频率而非常适合本文实验需要的高精度测量。

本实验选用的微型压力传感器具有良好的线性度，如表3-2所示为传感器的主要参数。

2)信号采集系统

压力脉动的测量要求能检测到细微的电压变化并保证采集到足够的点，以完整的反映压力脉动实际波形。

基于以上要求，本实验使用了PCI-6220型高速数据采集卡，它的基本参数是：16路单端或8路差分输入、16位采样精度、采样率为250ks·s-1，输入阻抗高达100