用Simcenter Amesim 仿真节流孔径、压损以及流量的关系

概述

　最近，开始学习Simcenter Amesim，进行系统仿真，真是越学越不由的感叹，德国工业的强大。真心不是一个级别，工程应用中，我身边有很多技术员都还翻手册，套用公式的打法，老外却一直都是钻研在软件的开发和应用。无论是我目前学习的Simcenter Amesim，还是工程3D设计中要到的solidworks,catia...哪个不是老外公司控制着。以前还特意发过文章我国工业设计软件隐患，是机遇还是命门？

学习感想

　说远了，说说这段时间的学习感受吧，仿真和分析，其实现在大多数3D设计软件或多或少都会附带这个功能，比如我写的这篇流体有限元分析仿真 Flow simulation ,solidworks 但这些软件准确来说，更适合零部件的仿真计算，简单组件的仿真，如果是一个系统，比如液压系统... :$(傲慢) 天啊，不敢想，估计计算机要累死，操作人员也要晕倒，光是那个建模工作，稍有不慎，网格划分这关可能都过不了。
　这恰恰是Amesim软件的优势，它更擅长做系统分析，系统搭建快速，仿真结果很快就可以搞定，搭配报表的多种显示分析，加上后处理，堪称完美。
　这款软件目前似乎还没有汉化，这对一些看到英文就头疼的人，多少有点打击，我看一些大学似乎也开了这个课程，我个人认为，对没有工程经验使用的人，估计也会很痛苦。

正文

　目前我也只能算一个入门学习者，练习的时候，就很想用它去做我很感兴趣的课题：孔径、压差和流量，到底存在怎样的关系？以前也写过两篇文章：
压差、流量、节流孔径计算公式简约版、压差、流量、节流孔径存在怎样的关系？。
　可见，我对这个问题很感兴趣，其中，我修正过a系数，取值0.53，HAWE公司的样本取值0.78

系统搭建

　下面是我用Amesim搭建的液压系统原理，非常简单，泵的最大流量设定是150L/min，溢流阀的开启压力是100bar，接了一个压力表，经过一个可变节流阀回油箱,节流阀的最大口径为10mm.

节流阀的设置

　系统可变节流阀的输入信号是一个0-1的系数，这个系数其实对应的就是节流阀最大口径面积的百分比,为了更直观一点来看，我做了一个简单的换算，见下表：

系数k	对应孔直径
0	0
0.05	2.23 mm
0.1	3.16 mm
0.15	3.87 mm
0.2	4.47 mm
0.25	5.0 mm
0.3	5.47 mm
0.35	5.91 mm

结果

压差的变化

　因为我的出口是直径回油箱，所以节流阀的入口（prot 3）压力就是压损值，见下图：

流量的变化

　节流阀的出口（prot 2）流量，见下图：

结果

　从曲线变化规律来看，是符合实际工作工况的，我们用这个公式反推一下a值：

压损、孔径和流量的关系

最终得出：
　Amesim参数反推a值大约为0.42
　德国hawe给的a值约为0.78
　我以前试验自己得出的a值为0.53
说明：
以上公式是根据伯努利方程推算出来的,液体的两种状态：层流和湍流是根据雷诺数进行判断（光滑金属管的雷诺数大约为2320，小于这个值为层流，大于这个数为湍流）

流量系数

从上图可以看出：
流量系数Cq，在层流状态下，和流量系数基本成正比，进入湍流状态后，系数Cq基本就会很稳定不变，所以AMESIM或HAWE都是按照湍流工况来处理的。

进一步补充：

　关于系数a差别这么大，我认为问题并没有解决，因为这个系数最终影响的结果值偏差太大。于是，我再次做了仿真：
　条件：
　介质：32##液压油
　温度：30℃
　恒定的液压源：压力在10秒内，从0分别上升到10bar 和100bar
　固定节流孔：孔径5mm
　节流阀前后管道：采用DN10mm的长度为1m的管道。

7bar33.2lpm
75bar108.9lpm