一种燃油有效体积弹性模量计算方法_李华乐.pdf
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1、第 45 卷(2023)第 2 期Vol.45(2023)No.2柴油机Diesel EngineDOI:10.12374/j.issn.1001-4357.2023.02.002一种燃油有效体积弹性模量计算方法李华乐,王敏,康彦红,马梁(中国北方发动机研究所,天津 300400)摘要:为定量研究在不同压力下燃油的有效体积弹性模量,基于燃油有效体积弹性模量的定义和试验测试数据,通过MATLAB软件拟合求解燃油有效体积弹性模量随压力变化的二次函数和一次函数表达式。二者与试验测试数据对比,结果表明两种计算方法均与测试数据基本吻合,但二次函数表达式的准确性更高。以燃油有效体积弹性模量二次函数表达式为
2、基础,推导在不同压力下燃油密度的计算方法。关键词:燃油;压力;弹性模量;计算方法中图分类号:TH137文献标志码:A文章编号:1001-4357(2023)02-0006-04A Calculation Method of Fuel Effective Bulk Elastic ModulusLI Huale,WANG Min,KANG Yanhong,MA Liang(China North Engine Research Institute,Tianjin 300400,China)Abstract:In order to quantitatively study the effectiv
3、e bulk elastic modulus of fuel under different pressures,based on the definition and the test data of the fuel effective bulk elastic modulus,the quadratic function and the linear function expression of the effective bulk elastic modulus of the fuel with pressure change were solved by MATLAB softwar
4、e.Comparison between the two and experimental test data show that the two calculation methods are basically consistent with the test data,but the accuracy of the quadratic function expression is higher.Based on the quadratic function expression of the effective bulk elastic modulus,the calculation m
5、ethod of fuel density under different pressures was derived.Key words:fuel;pressure;elastic modulus;calculation method0引言液压油是液压系统的关键组成部分,其物理属性对系统的动态特性和工作性能有重要影响。体积弹性模量作为油液本身的固有属性,表示油液的压缩性,表征液压油单位体积减小所需要的压强增值。在过去的模拟计算1-3中,通常将油液体积弹性模量作为定值处理,但当液压系统工况变化较大或者进行动态特性分析时,为了准确表征液压油的可压缩性,有必要引入有效体积弹性模型4。鉴于油液的可压
6、缩性对于动态特性的显著影响,获取精确的有效体积弹性模量模型尤为重要5。国内外研究人员对有效体积弹性模量进行了大量深入的研究。文献 6 归纳总结近年来关于有效体积弹性模量的多个理论模型。基于热力学分析,该文献明确指出正切体积弹性模量的定义应用于数值计算更为准确。文献 7-9 考虑到工程应用实际情况,提出与工程应用相适应的简化条件,推导出对应的简化理论模型。性能与排放收稿日期:2021-10-17;修回日期:2021-12-212023 年 3 月 7 李华乐等:一种燃油有效体积弹性模量计算方法KIM等10采用试验方法发现油液的有效体积弹性模量受多种因素影响,主要与工作压力、油液含气量及温度等相关
7、。当液压系统稳定工作时,温度保持在特定范围内,可以忽略温度对有效体积弹性模量的影响。在高压共轨系统中压力高达200 MPa,此时油液的含气率较低,因此含气率对有效体积弹性模量的影响忽略不计。综上,对于高压共轨系统而言,工作压力是影响有效体积弹性模量的关键因素。本文通过定义法以试验测试数据为基础,推导高压共轨系统中的燃油有效体积弹性模量,并且通过与试验结果进行对比分析证明该模型的有效性。基于该模型理论,进一步推导在高压下燃油密度与压力的函数关系。1理论模型的建立燃油受压力作用体积减小,表现出燃油在实际工作过程中的压缩特性,即燃油的有效体积弹性模量,其定义为E=-VdpdV(1)式中:p为燃油工作
8、压力;V为燃油总体积。基于对高压共轨系统的分析,提出适用于本文理论模型的简化假设:(1)假设燃油压缩和膨胀过程都是等温过程,忽略温度对有效体积弹性模量的影响。(2)在高压共轨系统中压力高达200 MPa,含气量少,忽略含气率对有效体积弹性模量的影响。2试验系统2.1试验装置燃油有效体积弹性模量的测试试验台采用的燃油参照标准GB/T 80292010。试验油温维持在26。试验在有效体积弹性模量试验台上进行,图1为试验测试台架原理图。在试验中采用Kistler压力传感器测量系统中的燃油压力,传感器测得的信号经放大器处理后进行压力数据采集。试验测试系统外接一根长为1.5 m、内径为4 mm的超高压软
9、管及两个压力腔。试验采用瑞士SITEC公司的高压压力泵给系统逐渐加压。高压压力泵的结构原理图见图2,实物图见图3,其最高工作压力可达400 MPa。2.2试验测试理论基础及试验结果测试燃油的有效体积弹性模量的理论基础是其定义式即式(1)。由该式可知,必须精确测得燃油总体积V及在压缩行程中单位容积变化对应的压力变化值dp/dV。在试验过程中,转动高压压力泵的手柄,柱塞向前移动,记录转动手柄前后系统的压力差值dp。根据高压压力泵的原理图,可以计算出每次转动高压压力泵手柄所引起的系统内燃油体积的变化量dV。综上,可求解出燃油在不同压力下的有效体积弹性模量Eex。在试验开始前应先进行排气工作,确保系统
10、内充满燃油。具体操作为:先关闭手阀2,打开手阀1,通过低压手泵加压,排除系统内的空气;然后关闭手阀1,保证在压缩行程中系统内燃油量保持不变。在压缩行程中记录不同燃油体积变化量对应的系统压力值。根据燃油有效体积弹性模量的定义,得到不同压力下的燃油有效体积弹性模量Eex,具体数值见表1。图2高压压力泵的结构原理图图3高压压力泵实物图图1试验测试台架原理图第 45 卷第 2 期 8 柴 油 机3有效体积弹性模量计算方法及验证3.1有效体积弹性模量计算方法(1)假设燃油有效体积弹性模量近似是燃油压力值的二次函数,即E=k0+k1p+k2p2(2)式中:k0、k1、k2为二次函数的系数。以试验获得的不同
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