气流脉动分析介绍-LF
压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状
压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状［摘要］近年来，在整个国民经济不断进步的大背景下，能源化工行业作为国民经济的基础和支柱型产业，也得到了迅猛发展。
压缩机作为能源化工行业中常用的动设备装置，人们对其性能和可靠性的要求也越来越高。
其中容积式压缩机的气流脉动问题是影响压缩机性能、噪声和安全性的主要因素。
有关气流脉动分析方法和理论模型的研究一直以来被广大的研究人员所重视。
本文调研了压缩机气流脉动分析方法及研究现状，并指出了今后重点需关注的研究内容。
［关键词］压缩机；气流脉动；频域分析；数值模拟doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.08.052 ［中图分类号］F273；U463 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194 （2016）08-00-01概述气流脉动的分析模型主要包括频域和时域两大类，不同的分析模型具有不同的分析对象和局限性。
频域分析法由于其具有相对较高的计算效率，得到了更广泛的应用。
但频域分析方法中的模态展开法在声源计算模型方面的研究还存在一定问题，现有的声源模型存在发散性、压力不均匀性和计算效率低等缺点，导致压缩机气流脉动频域分析的计算结果可靠性不高，因此，有必要研究新的声源模型提高压缩机气流脉动的分析精度。
另一方面，气流脉动引发的噪声问题也是容积式压缩机的主要噪声源。
目前，噪声污染已经与水污染、大气污染、固体废弃物污染共同被看成是世界范围内4 个主要环境问题。
在这种背景下，有效控制容积式压缩机的噪声问题，不仅是满足国家法律法规的基本要求，而且是企业提升产品品质、增强企业自身竞争力的有力手段。
研究压缩机工作过程气流脉动规律需要将压缩机气流脉动理论模型与实际压缩机工作过程的数学模型进行耦合。
近年来，随着计算机技术的不断进步，数值分析的范围得到进一步拓展，各种气流脉动分析方法都得到了一定程度的发展。
从总体上看，根据压缩机气流脉动基本处理方法的不同，主要可从分析域的角度分为频域模型和时域模型两大类。
往复压缩机管道气流脉动分析及控制
GAO Bao-hua2, LEI Shu-ya2, SHEN Jiu-bing2, FENG Hui-min2, QIN Zhi-jian2 （1. Shanghai Sikeluo Compressor Co. Ltd., Shanghai 201504, China; 2. Jiangsu University of Science and
3 气流脉动的计算
平面波动理论，在一般情况下 （脉动幅值为 平均压力的8%以内） 能够比较准确的计算管道中 的气流脉动，可以满足工程实际应用。平面波动 方程由以下3个方程推导而来
连续性方程
坠坠籽軃tt + 坠（坠籽軃xtu軈t）=0 动量方程
坠（坠籽軃ttu軈t）+
坠（籽軃坠tu軈xtu軈t）=-
坠p軈t 坠x
1 引言
往复压缩机是石油、化工等工业生产过程不可 或缺的核心设备，其间断性的吸排气过程会造成管 道内压力周期性变化，产生气流脉动。气流脉动不
收稿日期：2019-03-11
但会降低压缩机效率，产生噪声，还会引起管道振 动[1]，而管道振动是影响往复压缩机稳定可靠运行 的一主要因素。强烈的管道振动会引起管道与连接 附件发生松动、容器管口法兰连接处变形发生泄 漏、管道支撑振动破坏等多方面的危害 [2]。为此， 在布置压缩机管道时，要遵循相关标准，进行合理 有效的计算，严格把关现场安装，从而将管道振动
Technology, Zhenjiang 212003, China）
Abstract: Pipeline vibration is an important safety hazard in the application of reciprocating compressors. This paper mainly described how the pipeline vibration is caused by the gas pulsation in reciprocating compressors. Based on plane wave theory, the gas pulsation of one reciprocating compressor's pipeline was calculated and an原 alyzed. Moreover, the gas pulsation was proofread according to the requirements of relevant flow pulsation in API618. The method of adding orifice plate was adopted to reduce the pressure pulsation amplitude. By installing an appropriate orifice plate at the outlet of the exhaust buffer, the pressure pulsation amplitude was finally con原 trolled within the range specified in the standard. Key words：reciprocating compressor; gas pulsation; plane wave theory; orifice plate
气流脉动分析介绍LF
流体参数设置(参数说明在下页)
气体参数：
1. Static Pressure：静压力 2. Static Temperature:静温度 3. Z Factor：气体偏差因子 4. Cp/Cv：气体定压比热容和定 容比热容之比 5. Specific Heat Capacity：比热容 6. Thermal Conductivity：热导率 7. Isentropic Exponent：等熵指数
力分析软件AutoPIPE模型中 有助于发现振动问题，从而进行滤波器设计 自动生成天然气等混合气的气体属性
管线的振动往往会引起很大的管线应力，很多 时候可能引起管线过载而破坏管线。所以此处讨论一 下如何使用PULS分析设备振动引起的管线振动。
PULS的两种建模方式：
直接在PULS中建模 将AUTOPIPE模型导入PULS软件（本案例使用）
脉动分析软件 BENTLEY PULS
活塞式压缩机在运转过程中，由于吸气、排气是间 断性的，两者交替着进行，使管道内气流呈脉动状 态；另外，活塞运动速度又是随时间而变化的，这 种现象会引起气流的压力脉动。
气流的压力和运动呈周期性变化，这种现象叫气流 脉动。
气流脉动给压缩机工作带来不利的影响，例如， 使压缩机的指示功率增加；降低气阀的使用寿命； 引起排气量的增大或减小；破坏安全阀的严密性 以及造成管道和设备的振动。
气体属性是通过Benedict–Webb-RubinStarling(BWRS)，Soave-Redlich-Kwong (SRK)， Peng-Robinson (PR)状态方程计算，同时PULS 也 允许用户自定义流体属性。
PULS 提供了批报告输出和交互式图形输出，通过
图形可以动态的显示声学响应模态。主要的结果包 括基于API618 技术指南的脉动幅值，脉动压力的 频谱图，容积流量，阻抗，振动激发力和p－V 图。
天然气压缩机管路系统气流脉动及管道振动研究
天然气压缩机是油气化工工艺装置中的重要设备，管路系统振动是管道设计、压缩机运行中最常见问题。
管道系统振动问题会直接提升对压缩机的危害性，会直接降低压缩机容积效率，降低排气量、增加运行损耗、缩短气阀和控制仪表使用寿命，同时管道系统振动问题还会导致连接部位、附件松动或破裂，对天然气压缩机运行安全、成本有着很大影响。
特别是易燃易爆气体，一旦发生管道振动问题，容易产生泄露着火等事故。
所以，必须全面分析管道系统振动问题，并提出相应的缓解方案。
1 气流脉冲引起管道振动的原因天然气压缩机运行振动很有可能带动管道振动，此类振动通常发生在机械附近的管道中。
如果管道与机器之间的间距较大，则管道振动会随着长度而衰减。
该类振动可以分为：一是机器自身振动带动连接管道振动；二是压缩机动力平衡不佳，机械振动引发基础振动，管道支架、吊架根部与基础连接，从而造成管道振动。
但这些振动问题都属于机械振动。
天然气压缩机在实际运行中，气缸重点活塞会周期性反复运动，吸排气具有周期性、间歇性特点，管道气天然气运动参数，如速度、压力、密度等不仅会在不同位置发生变化，同时也会随着时间的推移产生周期性变化，也就是气流脉动现象。
在脉动气流遇到弯头、控制阀、异径管、盲板等元器件时，会随着时间推移除转化为激振力，在激振力的作用下，管道中会产生机械振动响应，该振动情况可以沿着管道系统传输非常远。
由于气柱本身就有固有频率，一旦激发频率和固有频率重合，会加剧气柱的气流反应，产生更加强大的气流压力脉冲，产生管路机械共振情况。
如果激发频率、气柱固有频率、管路机械固有频率三者重合，此时管道、气柱均处于共振状态，进一步加剧共振情况。
由于工艺自身的原因限制，天然气压缩机气流脉动始终存在，需要控制合理的振动范围，事先做好整机气流脉动、振动分析计算的相关措施，则可以有效避免一些不必要的损失或事故。
特别是对于新设计的机组，必须严格控制装置气流脉动、管道振动情况，保证天然气压缩机正常运行。
大型往复式压缩机气流脉动及管道振动研究
华中科技大学硕士学位论文摘要作为流体压缩及动力输送的通用机械，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济效益。
活塞压缩机进、排气过程带有间断特性，使得进排气管内气流参数呈脉动变化，出现气流脉动现象。
气流脉动极易导致管道振动，从而引发压缩机容积效率变低、功率损耗增加等危害。
因此，研究脉动产生机理及其对管道振动特性产生的影响便具有较强意义。
本文针对阀腔压力脉动与管道振动作了以下研究。
建立了求解阀腔压力脉动的数学模型，综合考虑了压缩机阀腔、阀片运动和管道系统等对气流脉动的影响，将压缩机和管系作为一个动态关联的整体进行研究，使得压缩机工作特性的气流脉动分析更接近实际情况，计算结果精度更高。
根据压缩机工作和阀片运动规律特性的模拟结果，对是否考虑阀腔影响的两种情况，进行对比分析，结果表明，若考虑阀腔影响，阀片撞击升程限制器的速度增加约10%，容易损坏阀片。
然后讨论了阀片升程、弹簧刚度及阀片质量等气阀结构参数对气阀运动规律和缸内压力的影响。
另外，通过阀腔压力脉动模型的求解，获得了进气阀腔的压力变化情况，压力不均匀度为3.49%，在合理范围内。
基于流固耦合模态与气柱固频分析的基本理论，探索了压力、壁厚、内径等参数对所建管道固频的影响情况，并进行了管内气柱模态分析。
基于模态分析结果，对弯管内气体处于非定常状态时管路振动响应问题进行数值分析，同时还研究了脉动流体的频率与幅度等参数对管道响应的影响规律。
研究发现，压力脉动使管道应力出现较大波动（7%），这种较大幅度的交变应力极易破坏管道；在流固耦合作用下，管道基频随压力脉动频率的增大而升高，且当管道基频或气柱固频与气流脉动频率相近（共振）时，管道变形增大为非共振情况的2-3倍。
关键词：大型往复压缩机；气阀运动规律；阀腔压力脉动；管道振动；瞬态分析华中科技大学硕士学位论文AbstractAs a general machine of fluid compression and power delivery, compressor always been regarded as the core equipment of the petrochemical industry. Whether safe and smooth operation is directly related to the economic interests of the related enterprises. The inlet and exhaust process of piston compressor is intermittent, which makes the parameters of the air flow in the inlet and exhaust pipes change periodically, and then the flow pulsation occurs. Airflow pulsation can cause pipeline vibration easily, which leads to lower volumetric efficiency of compressor and the increasing of power loss etc. Therefore, it has great significance to study the mechanism of pulsation and its’ influence on the vibration characteristics of pipeline. In this paper, the pressure pulsation of valve cavity and the vibration of pipeline are studied as follows.First, we established the mathematical model of pressure fluctuation in valve chamber. The influence of valve chamber, valve motion and pipeline system on the flow pulsation are considered synthetically in this model, which makes the compressor and pipe system formed integrally, and this kind of air flow pulsation analysis combined with compressor working characteristics will make the calculation results more accurate and closer to the actual situation.According to the simulation results of compressor work and the motion law of valve plate, we compared and analyzed the influence of with or without valve cavity, the rsults show that if we take into account the valve cavity, the speed of valve plate impact lift limiter is increased by about 10%, and the valve plate is easily damaged. After that, we discussed the influence of valve structure parameters such as valve plate lift, spring stiffness and valve blade mass on valve motion and cylinder pressure. By solving the pressure fluctuation model of the valve cavity, the pressure variation of the inlet valve cavity is obtained, and the pressure inhomogeneity is 3.49, which is within a reasonable range.华中科技大学硕士学位论文Last, we studied the influence of pressure, wall thickness and inner diameter on the natural frequency of the pipeline based on the basic theory of fluid-solid coupling and modal analysis. After the modal analysis of the gas column in the pipe was carried out, based which numerical analysis of the vibration response of the pipe was done when the gas in the bend is in an unsteady state. At the same time, the influence of the frequency and amplitude of the pulsating fluid on the pipeline response is also studied. We found that the pressure pulsation causes the pipeline stress to fluctuate greatly (7%), which is easy to destroy the pipeline, and the fundamental frequency of the pipeline increases with the increase of the pressure pulsation frequency under the action of fluid-solid coupling. When the fundamental frequency of the pipeline or the fixed frequency of the gas column is close to the pulsating frequency of the gas flow (resonance), the deformation of the pipeline increases 2-3 times as much as that of the non-resonance case.Keywords: Large Reciprocating compressor; Motion law of valve; Pressure pulsation of valve chamber; Pipe vibration; Transient analysis华中科技大学硕士学位论文主要符号表h阀片位移 y阀片运动速度 θ曲轴转角 v M阀片质量 ω曲轴转角速度 β 推力系数 p气体压力 s p 进气压力 d p排气压力s A气阀推力面积so p进气阀腔气体初始压力 do p排气阀腔气体初始压力 so ρ 进气阀腔初始气体密度 do ρ排气阀腔初始气体密度 z气阀弹簧个数 K弹簧刚度系数 0H弹簧预压缩量 k气体绝热指数 V气体容积 A α气阀有效通流面积 R气体常数 s T进气温度 d T排气温度 S活塞行程p A活塞底面积 λ曲柄半径与连杆长度比值 0V余隙容积 D气缸直径 1α阀隙流量系数 e α阀座通道流量系数 v A环周长 e A阀座通道面积 1N进气阀个数 2N排气阀个数 Q热量W 功 下标imp 碰撞值 下标reb 反弹值 下标s进气 下标d排气H阀片升程s Φ进气管道质量流量 csΦ流经进气阀气体质量流量 cdΦ流经排气阀气体质量流量 d Φ 排气管道质量流量s ρ进气密度华中科技大学硕士学位论文s L进气管道长度 d L排气管道长度 d ρ排气密度 s V进气阀腔体积d V排气阀腔体积s λ进气管沿程阻力损失系数 d λ排气管沿程阻力损失系数 R C 阀片反弹系数 s K进气管局部阻力系数d K排气管局部阻力系数华中科技大学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................... I I 主要符号表 (IV)目录 (VI)1绪论 (1)1.1 课题背景与研究意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 本文主要工作 (6)2往复式压缩机阀腔压力脉动数学模型 (8)2.1 引言 (8)2.2 压缩机工作过程数学模型 (8)2.3 阀片运动方程 (11)2.4 阀腔压力控制方程 (13)2.5 管内气体流动方程 (15)2.6 阀腔压力脉动数学模型及计算条件 (16)2.7 本章小结 (18)3阀片运动及阀腔压力脉动模拟 (20)3.1 引言 (20)华中科技大学硕士学位论文3.2 阀片运动规律与影响因素分析 (20)3.3 阀腔压力脉动分析 (27)3.4 本章小结 (28)4输气管道流固耦合模态分析及气柱固有频率计算 (29)4.1 引言 (29)4.2 流固耦合基本原理 (29)4.3 管道结构模态分析 (33)4.4 气柱固有频率计算 (41)4.5 本章小结 (44)5管道流固耦合瞬态特性分析 (45)5.1 引言 (45)5.2 弯曲管道流固耦合模型 (45)5.3 数值分析 (47)5.4 结果分析及不同因素影响 (47)5.5 本章小结 (54)6总结与展望 (56)6.1 全文总结 (56)6.2 研究展望 (57)致谢 (58)华中科技大学硕士学位论文参考文献 (59)硕士期间研究成果 (66)华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1 课题背景与研究意义作为流体压缩及动力输送的给予者，压缩机一向被视作化工行业的核心设备，压缩机将流体加压加速后使其快速涌向装置的其他部位，其能否安全平稳地运行直接关乎相关企业经济利益。
活塞压缩机气流脉动数值模拟和实验验证
活塞压缩机气流脉动数值模拟及实验验证1、绪论1.1 研究背景及意义活塞式压缩机广泛应用于石油、化工、冶金、天然气行业，作为一种重要的气体增压设备，在一些工艺流程中发挥着关键作用，这些设备能否正常运行直接关系到企业的生产能力[1]。
在持续安全生产中威胁最大的是管道振动，而管道振动的最大诱因就是气流脉动。
由于活塞式压缩机吸、排气的非连续性，不可避免使管道内气体压力出现周期性的波动，这就是气流脉动[1,2];活塞式压缩机管道系统都存在一定程度的气流脉动，这种脉动的压力在管道的突变截面、弯头、盲管、阀门等处产生交变的激振力，进而引发振动，工业现场经常出现剧烈的管道振动导致管路焊接处或法兰联接处振断，造成生产事故。
控制管道振动首先应准确掌握管道系统的气流脉动情况，尤其是管道系统中关键节点如气缸连接法兰、弯头、阀门等处的压力脉动幅值。
分析气流脉动的方法主要有两种，一种是平面波动理论，另一种是一维非定常可压缩流体流动理论[3]。
平面波动理论是研究气流脉动现象时最早发展起来的理论，这种方法做了几个方面的重要假定：压力脉动值相对管道气流的平均压力值很小[4,5];气体遵守理想气体的性质;认为管道中气体流速相对声速小到可以忽略不计的程度[6]。
因此波动理论建立气体脉动的控制方程时能做线性化处理，最终得出能求解析解的波动方程。
在符合假定的条件下，波动理论能预测出符合实际的压力脉动幅值。
波动理论作出的假定在数学模型上就决定了它不能完整描述管道内压力波和非稳态流动耦合的复杂现象。
一般认为波动理论对气体与管道壁面摩擦考虑不足，导致其在脉动幅值较大尤其共振状态下计算值偏大。
此外波动理论在实际求解过程中将整个管道元件中的气流参数平均值取作气流参数值进行计算，这就决定了管道内气流参数值是常数而不是随实际状态变化的值，这降低了波动理论的模拟压力脉动的准确度。
非定常可压缩流动理论在建立描述管道内气流脉动现象的控制方程时，没有忽略非线性因素，综合考虑了气体与管道壁面的摩擦问题，实际气体性质的问题[2]。
天然气压缩机管路系统气流脉动及管道振动分析
文章编号: 1005—0329(2008)05—0039—04经验交流天然气压缩机管路系统气流脉动及管道振动分析刁安娜,王 宇,冯健美,彭学院(西安交通大学,陕西西安 710049)摘 要: 对存在严重振动问题的某天然气压缩机的进气管路进行了气流脉动和管道振动分析,提出了管路调整措施。
通过气流脉动分析,得到了气柱共振频率及其对应的转速,以及出现最大压力脉动幅值的转速和管路位置;通过管道振动分析,获得了管路结构模态和激发响应,从而了解引起管道结构共振的固有频率和激发响应下的最大振动位移。
对改造前后的管路进行了比较分析,结果表明:改造后的管路气流脉动最大幅值从17.65%降低到11.38%,最低结构固有频率从2.6Hz提高到12.2Hz,最大振动幅值从0.393mm减少到0.117mm。
改造后的管路在实际运行中,380r/m in时测得最大振动幅值从0.4mm减少到0.1mm,表明调整措施是合理的。
关键词: 天然气压缩机;气流脉动;管道振动;模态分析中图分类号: TH45;T B535 文献标识码: AAna lysis on Ga s Puls a ti on and P i p i n g V i bra ti on i n the P i p i n g Syste m of Na tura l Ga s Co m pressorD I A O An2na,WANG Yu,FE NG J ian2mei,PE NG Xue2yuan(Xi’an J iaot ong University,Xi’an710049,China)Abstract: The analytical study on the gas pulsati on and p i p ing vibrati on in a natural gas p i peline was p resented,based on which the measures are suggested t o contr ol the excessive vibrati on.W ith the gas pulsati on model established,the natural fre2 quency f or the gas pulsati on is obtained,the maxi m al pulsati on a mp litude t ogether with the positi on is esti m ated,and the shaking forces inducing the vibrati on are calculated.I n the vibrati on analysis,the vibrati on mode and the forced res ponse of the p i p ing syste m are p paris on ass ociated with the pulsati on and vibrati on bet w een the original p i peline and the modified one shows that the maxi m u m p ressure pulsati on in the modified p i peline decreases fr om17.65%t o11.38%,the l owest natural fre2 quency f or structural vibrati on increases fr om2.6Hz t o12.2Hz and the maxi m u m vibrati on amp litude reduces fr om0.393mm t o 0.117mm.Validati on test shows that the maxi m u m vibrati on a mp litude reduces fr om0.4mm t o0.1mm at380r/m in,which indi2 cates that the p i peline modificati on on the basis of pulsati on and vibrati on analysis is reas onable.Key words: natural gas comp ress or;gas pulsati on;p i p ing vibrati on;mode analysis1 前言天然气压缩机气流脉动激发的管道振动,对天然气集输装置的安全运行具有很大的威胁。
压缩机气体脉动分析和管道振动分析(2)
管道振动分析 ： 有限元方法实例
结果提取： 1. 进一步可以选择频率21Hz，相位171.759 度时的整个管道的应力和变形情况。 2. 当然，程序也可观察任意频率、任意相位 角下的变形情况。 3. 由此可以看出，振动分析所产生的数据量 是非常巨大的。
管道振动分析 小结
1. 与静力分析相比，管道的振动分析无论是建模 输入还是结果数据都非常复杂，特别是对结果 的分析评判需要比较丰富的理论知识背景，同 时还需要比较丰富的经验和技巧。
第一阶 （基频）
第二阶 第三阶
管道振动分析
前面提到，多自由度系统的振动响应是各个振型的某种线性叠加。因此，在振动分析中，我 们可以采用振型分解法，先将整个系统分解为各个主振动，然后求解在外激励作用下各个主 振动的响应，最后将结果进行叠加就可以得到系统真正的振动响应。这个方法就是著名的振 型叠加法 或者 模态叠加法。 由于分布质量系统具有无穷多个自由度，因此也就具有无穷多个振型，但这并不意味着我们 需要提取无穷多个振型来进行分析，事实上，只有低阶振型对振动的贡献比较大。
结果提取： 1. 利用后处理程序，我们可以观察到，节点 10在x方向的振动位移，在频率为21Hz时 达到峰值。
管道振动分析 ： 有限元方法实例
结果提取： 1. 进一步输出结果，发现节点10在外激励频 率为21hz时，响应幅值2.688mm，对应 的相位差是171.759度。
2. 这里面有一个重要的概念，振动的最大响 应与输入外激励是不同步的。在本例中我 们初始输入外激励的相位是0，最大响应 则出现在171.759
管道振动分析
运动物理方程
通常，为了分析的方便，运动物理方程都将表示成矩阵的形式：
管道振动分析
把该方法推广到多自由度系统的一般形式，运动方程为：
流体动力学(cfd)在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用
流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用流体动力学（CFD）在往复式压缩机管道系统气流脉动计算中的应用摘要：参照实验室所搭建的管道系统实验平台，根据计算流体动力学（CFD）方法建立管道内气体的二维非定常流动模型。
利用流体仿真软件FLUENT计算了缓冲器及孔板前后的气流脉动，通过分析气流脉动曲线及流场的分布情形验证了缓冲器及孔板对气流脉动的消减作用。
通过对比实验数据验证了利用CFD技术研究管道系统气流脉动是准确可靠的。
关键词：管道系统 CFD技术气流脉动 FLUENT 孔板往复式压缩机是石油、天然气、化工及电力等工业生产中的重要机械设备，其管道系统又是实现物质运输的主要途径，然而管道系统的振动会对安全生产造成很大的威胁，众多生产实践表明压缩机管路的绝大多数振动问题都是由气流脉动引起的，而压缩机吸排气的间歇性、周期性特点是产生气流脉动的主要原因。
因此研究气流脉动的产生机理，建立合理的流体动力学模型进行管道中气流脉动的预测具有重要的理论意义和工程实用价值。
现有研究气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论[1]或一维非定常流动理论[2]，它们均未考虑流体流动时湍流的影响，同时对缓冲器、孔板、冷却器、分离器等管路元件的气流脉动计算精度也较差。
随着计算机速度的提高和近年来CFD技术的发展，选用有限元方法[3，4]及有限容积法[5]计算管系的气流脉动取得了一定的成效。
CFD方法[6]应用于稳态的工业流场模拟已有较多的报道，但对非稳态的脉动流场研究较少。
本文基于CFD方法建立管道系统流体动力学模型。
在考虑湍流的情况下[7]，模拟了含空冷器及孔板管道等管路原件的管道系统非定常流动时气流脉动及流场特性。
通过和实验数据对比验证了CFD方法计算管道系统气流脉动的合理性及准确性。
一、CFD模拟计算理论目前广泛用于计算流体力学的数值方法有有限差分法、有限元法、有限体积法等，其目的都是将控制方程离散化，本文用到的CFD 软件FLUENT[8-9]采用有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。
气流脉动分析介绍-LF40页PPT
活塞式压缩机在运转过程中，由于吸气、排气是间 断性的，两者交替着进行，使管道内气流呈脉动状 态；另外，活塞运动速度又是随时间而变化的，这 种现象会引起气流的压力脉动。
气流的压力和运动呈周期性变化，这种现象叫气流 脉动。
气流脉动给压缩机工作带来不利的影响，例如， 使压缩机的指示功率增加；降低气阀的使用寿命； 引起排气量的增大或减小；破坏安全阀的严密性 以及造成管道和设备的振动。
算方法，并且这个计算方法通过数百万美圆的科研 项目中得到完善并通过了验证。 该软件投入市场应 用近二十余年，得到众多知名大公司认可。
PULS的界面非常的先进、友好，采用WINDOWS
菜单驱动式的界面，这样可以在输入最少数据的 同时快速建立系统模型。由于软件具有强大的图 形功能使我们可以在建模过程中突出显示模型特 征，所以可以非常方便的对模型进行检查及修改。 PULS可以进行一致性检查来发现所建模型的错误。 PULS支持英制、标准国际单位，和用户自定义单 位。
气体属性是通过Benedict–Webb-RubinStarling(BWRS)，Soave-Redlich-Kwong (SRK)， Peng-Robinson (PR)状态方程计算，同时PULS 也 允许用户自定义流体属性。
PULS 提供了批报告输出和交互式图形输出，通过
图形可以动态的显示声学响应模态。主要的结果包 括基于API618 技术指南的脉动幅值，脉动压力的 频谱图，容积流量，阻抗，振动激发力和p－V 图。
PULS 是基于一维波动理论，使用转移矩小和 声学激振力
用PULS 软件可以有效的解决管网和管道系统中由
于往复设备或者流体的流动产生的压力脉动问题， 例如压缩机，泵，控制阀和仪表等。
往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究
往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究韩文龙;韩省亮;白长青【摘要】通过实验和数值分析研究了两台往复式压缩机并机运行时管道系统中关键部位的气流脉动,根据计算流体动力学(CFD)方法建立了管道系统流体动力学模型,提出了合理的边界条件,分析了层流和湍流两种模型下管道系统中的气流脉动.通过实验数据对比发现,采用CFD方法中的湍流模型计算管道气流脉动比层流模型更加合理,进而研究了3种不同湍流模型下的气流脉动特性和压力不均匀度,结果表明,标准k-ε湍流模型在计算管道系统气流脉动时最为准确,并适用于研究分析不同转速的压缩机并机运行时管路间的相互影响,及各管路中气流脉动随压缩机转速变化的规律.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)005【总页数】7页(P61-66,71)【关键词】往复式压缩机;管道系统;计算流体力学;气流脉动;流体动力学特性【作者】韩文龙;韩省亮;白长青【作者单位】西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学航天航空学院,710049,西安;西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】O121.8;TG558往复式压缩机是石油、天然气、化工、电力等工业的重要机械设备，其管道系统是实现物质运输的主要途径。
众多生产实践表明，压缩机管路的绝大多数振动问题都是由气流脉动引起的，而压缩机间歇性的吸排气造成管道中气体流动的非均匀变化是产生气流脉动的主要原因［1］。
近年来，气流脉动研究的热点主要集中在讨论复杂管道系统中各种元件的压力与速度的传递关系［2－3］、计算精度［4－5］以及利用比较成熟的理论分析新型压缩机管系的气流脉动等［6－8］。
现有研究气流脉动较为成熟的方法大多基于平面波动理论或一维非定常流动理论［9］，但它们均未考虑流体流动时湍流的影响，而实际中管道内流体流动大多介于层流和湍流之间，该流动或多或少会受到湍流因素的影响。
气流脉动与管道振动__2009
u
* 2
⎤ ⎥ ⎦
=
⎡ cos kl
⎢ ⎢－ j
1
⎢⎣ ρ0a
sin
kl
− jρ0a
cos kl
sin
kl
⎤ ⎥ ⎥ ⎥⎦
⎡ ⎢ ⎣
p1* u1*
⎤ ⎥ ⎦
z 用质量流量代替速度
⎡⎢⎣ξp2*2*
⎤ ⎥ ⎦
=
⎡⎢cos kl
⎢
⎢⎢⎣−
j
S a
sin
kl
− j a sin S
cos kl
kl
⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥⎦
（4）平面波动方程的解
z 复数形式是为了形式上方便
ut*
=
1 [ A*e jω（t−x / a）− B*e jω（t+x / a）] = u*e jωt
ρ0a
z 可只取其中的实部或者虚部，最终的结果是一致的
z 以虚部为例
pt = A sin(ω t − kx) + B sin(ω t + kx)
给出了t时刻管道系统离管道起始端处x的脉动压力幅值
尤其是要避开基频的气柱共振 基频:旋转周期内吸/排气次数（或主激发频率） z API 618推荐的方法：容－管－容型Helmholtz共鸣器 共鸣器的截止频率一般达到主激发频率的1.33倍 500r/min以上高转速压缩机达到主激发频率的0.7倍以下
18:12
7
6.2 解决气流脉动问题的思路与措施
z 气流脉动的危害
z 降低压缩机容积效率 z 增加压缩机功率消耗 z 恶化气阀工作条件 z 激发管道振动 z 影响稳定供气
z 注意：吸气共振增压
1.0
0.8
气流脉动分析介绍-LF
据API 618技术指南检查脉动 在设计阶段预测和消除问题 在优化工程中模拟假设条件进行分析 流量引起的振动 可以导入到CAD绘图软件AutoPLANT®，管线应 力分析软件AutoPIPE模型中 有助于发现振动问题，从而进行滤波器设计 自动生成天然气等混合气的气体属性
管线的振动往往会引起很大的管线应力，很多 时候可能引起管线过载而破坏管线。所以此处讨论一 下如何使用PULS分析设备振动引起的管线振动。
Bentley® PULS 是一个交互式的模拟软件，主要用 于分析管网中的流体在稳态脉动流条件下的动态响 应特性。 PULS 是基于一维波动理论，使用转移矩阵方法进 行模拟计算，可以非常有效的预测压力脉动大小和 声学激振力
用PULS 软件可以有效的解决管网和管道系统中由 于往复设备或者流体的流动产生的压力脉动问题， 例如压缩机，泵，控制阀和仪表等。
2. 3.
4. 5. 6.
7.
定义压缩机另一端的参数设置（每个压缩机必须定义两个端点）
输出报告设置
接下来我们还 需要对输出报 告进行设置， 否则计算时会 出现错误
调试模型
如果计算时还是出现 问题，则我们则可以 通过软件自带的 adjust Flow/Pulsation 调整一下模型（如下 图）
������ 操作简单，菜单驱动程序 ������ 减少了昂贵的咨询费用 ������ 模拟气体和流体系统 ������ 快速的转移矩阵解决方案，使求解在不到一分 钟就能完成。
属性包括：管道，体积，压降，三通，孔板和阀门。 管线属性包括由于黏性产生的阻尼，热膨胀和摩擦 效应。 脉动源包括压力，容积流量速度，孔板，球阀和球 心阀，和往复式压缩机，和往复试泵。
压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状
压缩机气流脉动分析方法及应用研究现状作者：黄兴鹏来源：《中国管理信息化》2016年第08期[摘要]近年来，在整个国民经济不断进步的大背景下，能源化工行业作为国民经济的基础和支柱型产业，也得到了迅猛发展。
压缩机作为能源化工行业中常用的动设备装置，人们对其性能和可靠性的要求也越来越高。
其中容积式压缩机的气流脉动问题是影响压缩机性能、噪声和安全性的主要因素。
有关气流脉动分析方法和理论模型的研究一直以来被广大的研究人员所重视。
本文调研了压缩机气流脉动分析方法及研究现状，并指出了今后重点需关注的研究内容。
[关键词]压缩机；气流脉动；频域分析；数值模拟doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.08.052[中图分类号]F273；U463 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2016）08-00-01 概述气流脉动的分析模型主要包括频域和时域两大类，不同的分析模型具有不同的分析对象和局限性。
频域分析法由于其具有相对较高的计算效率，得到了更广泛的应用。
但频域分析方法中的模态展开法在声源计算模型方面的研究还存在一定问题，现有的声源模型存在发散性、压力不均匀性和计算效率低等缺点，导致压缩机气流脉动频域分析的计算结果可靠性不高，因此，有必要研究新的声源模型提高压缩机气流脉动的分析精度。
另一方面，气流脉动引发的噪声问题也是容积式压缩机的主要噪声源。
目前，噪声污染已经与水污染、大气污染、固体废弃物污染共同被看成是世界范围内4个主要环境问题。
在这种背景下，有效控制容积式压缩机的噪声问题，不仅是满足国家法律法规的基本要求，而且是企业提升产品品质、增强企业自身竞争力的有力手段。
研究压缩机工作过程气流脉动规律需要将压缩机气流脉动理论模型与实际压缩机工作过程的数学模型进行耦合。
近年来，随着计算机技术的不断进步，数值分析的范围得到进一步拓展，各种气流脉动分析方法都得到了一定程度的发展。
从总体上看，根据压缩机气流脉动基本处理方法的不同，主要可从分析域的角度分为频域模型和时域模型两大类。
等温条件下气流运动的选择频率
等温条件下气流运动的选择频率夏一哉，赵荣义（清华大学热能工程系，北京100084）Preferred frequency of air movement in an isothermal environmentXIA Yizai, ZHAO Rongyi(Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084,China)摘要气流脉动频率是描述气流特征的因素之一，同时也是影响人体热感觉的一项重要因素。
该文能过106名受试者在26～30.5℃温度范围内，两种相对湿度条件下的选择频率的研究，探讨了频率对人体热感觉的影响作用。
利用主观评价法（投票法）的试验，结果发现，环境温度和相对湿度对人体选择频率的作用不显著。
在实验工况下，超过80%的受试者选择了0.3～0.5Hz 范围内的气流脉动频率，选择频率的平均值为0.4Hz。
随着频率的增加，人体感受到的吹风强度逐渐减小，存在"感觉风速"的现象。
本研究和Fanger的实验结果都证明：频率在0.3～0.5Hz范围内的气流对人体产生的冷作用最强。
关键词气流脉动频率，人体热感觉，气流速度Abstract Frequency is one factor describing air motion which is also an important parameter affecting human thermal response. This study investigated preferred frequencies in an isothermal environment for subjects in a the neutral-to-warm state. The temperature ranged from 26℃to 30.5℃and the relative humidity ranged from 35% to 65%. The results using a subjective assessment method (votes) showed that temperature and humidity do significantly affect the preferred frequencies with more than 80 percent of the subjects chosing frequencies from 0.3 to 0.5Hz. With increasing frequency, the "sensed velocity" of the air movement decreased. This study and Fanger's experimental results both prove that air movements with frequencies from 0.3 to 0.5 Hz have the strongest cooling effect on the human body.Keywords air motion frequency; human thermal response; air movement中图分类号：TU831文章编号：1000-0054（2001）06-0092-03 文献标识码：A本文的目的是考察按不同频率周期性变化的气流对人体热感觉的影响作用。
气流脉动软件GPA2.0使用说明书__加实例
气流脉动分析软件（GPA2.0） 使用说明书西安交通大学压缩机研究所Tel: 86-29-82663785Email: xypeng@2010年01月1 软件适用范围本软件适用于所有活塞式压缩机吸、排气管道（包括级间管道）系统气流脉动的分析和评价。
特别地，该软件与API618标准中7.9款所规定的近似设计方法2相符合。
2 软件功能本软件根据平面波动理论对活塞式压缩机管道系统进行声学模拟，从而计算管道系统的气柱固有频率、管道系统任意位置的气流脉动，在此基础上，软件结合API618中针对气流脉动的有关规定，对管道系统的气流脉动状况进行了评价，并根据评价结果提出管道系统设计修改意见和建议。
3 软件使用方法3.1 软件安装软件使用环境为WINDOWS2000及更高版本，将安装盘拷贝到用户指定的任意目录，首先安装Microsoft .NET Framework 2.0组件，若计算机已安装过可跳过此步，然后运行SETUP.EXE，根据提示完成安装。
3.2 软件使用准备工作3.2.1 正如所有有限元分析软件一样，气流脉动分析软件需要用户在软件使用前进行必要的数据准备工作。
数据准备的核心任务是对管道系统的参数描述，以及结构的离散化。
3.2.2 独立的气流脉动管道系统通过压缩机气缸来辨识，即压缩机和壳管式冷却器将相连接的管道系统划分成不同的管道系统。
例如，压缩机的吸气管道与压缩机的排气管道在气流脉动分析是被认为属于不同的管道系统。
应该注意，气流脉动分析软件每次只能对一个独立的管道系统进行分析。
当然，一个管道系统分析结束后，可以继续对另一个管道系统进行分析。
3.2.3 对于任意独立的管道系统，用户需要对管道系统进行结构离散，即将一个复杂的管道系统划分为若干个简单的管道元件（单元），软件会自动给单元一个唯一识别的编号，同时，软件会自动给单元的两端（节点）分配编号，分支单元的分支端也有一个编号，这样除分支单元有三个节点外，其它单元都是两个节点。
气流速度及脉动频率对气流分选效率影响的研究
气流速度及脉动频率对气流分选效率影响的研究摘要：通过试验就气流速度及脉动频率对气流分选的影响进行了分析，得出了结论。
关键词：气流速度脉动频率气流分选效率气流分选技术从二十世纪初就开始在工业上得到了推广应用。
风力摇床及与其相似的风力分选系统的分选形式主要以床式为主，容易造成微细粒物料的损失和粉尘的污染；脉动气流分选系统选择了以柱式分选为主的系统结构，从而可以有效避免以上问题，而且该类系统还具有许多优于传统气流分选系统的特点，比如系统结构简单、加工成本低、操作简单、能耗低、分选介质不用水、分选二次污染小等。
这些特点使得柱式脉动气流分选系统在节能减排、资源节约、环境保护等方面都具有明显的优势，具有广阔的应用推广前景。
1 试验物料本试验研究采用的试验材料为废弃工业催化剂重整物料混合颗粒。
该废弃工业催化剂混合颗粒中，重物料部分是1466.78g球状或不规则烧结磁珠，粒度不均，密度约为1.4g/cm3。
轻物料部分是2576.00g废弃催化剂，是一种贵金属富集海绵体，呈长条棒状，多孔，密度约为0.75g/cm3，其中含有的贵金属可进行回收提纯。
取混合均匀后的物料427.62g进行振筛筛分，套筛孔径分别为5mm、2mm、1mm，振筛时间为3min，筛分结果由筛分为；物料主要集中在-5+2mm和-2+1mm两个粒度级，其中-2+1mm粒级物料最多。
2 试验方法2.1 试验流程脉动气流分选颗粒物料的基本流程包括入料准备、气流速度及稳定性调整、脉动频率调整、分选试验和结果分析等过程。
试验中采用了实心蝶阀和不同开口度的蝶阀共5组阀门进行了分选试验，试验中统一采用了约为3g/s的入料速度给料35s左右，收集的物料通过初步筛分和手工分拣后用电子天平进行称量。
2.2 试验过程试验研究的总体思路是对气流速度、脉动频率进行试验，分析其对分选效率的影响规律，并分别对各个因素选定三个因素水平，根据试验结果分析对分选效率的影响。
具体安排如下：2.2.1 在系统气流无脉动的情况下，对物料进行分选，通过改变分选气流的速度来获得不同的分选效果，通过两组平行试验结果分析气流速度对分选效率的影响。
浅谈天然气压缩机组脉动及应力分析
浅谈天然气压缩机组脉动及应力分析摘要：自我国加入WTO后，国民经济达到了前所未有的发展，随之天然气在各个行业也得到了广泛的应用，尤其是在油田等方面更为突出。
虽然天然气压缩机在油气田的采油、采气及增压输送等方面发挥着很不可估量的作用，但是也会出现气流参数不合理，从而产生激振力。
本文主要介绍了天然气压缩机组脉动及应力的结构方案及其相关理论，提出了天然气压缩机组脉动具有非常重要的意义。
关键词:天然气应力分析压缩机脉动目前在我国油气田中，天然气压缩机在采油、采气及增压输送等方面发挥着不可估量的作用。
但是由于压缩机脉动的间歇性，所以导致它的有些气流参数会发生位置和时间的变化，在管道输送中，脉动的气流如果遇到弯头、管、板等元件时，就会产生强有力的激振力，破坏压缩机管线，使管路和附属设备连接处松动。
由于环境不同及各方面等原因，始终不能杜绝压缩机管线的压力脉动。
所以只能在允许范围内出现某种轻微的振动，但不能使管道发生剧烈振动，否则可能导致管道破坏。
本文主要提出了如何减小天然气压缩机管道气流压力脉动引起的管道振动的结构方案及其相关的分析设计理论，对消减气流的脉动具有非常重要意义。
一、管道振动的原因管道、管道的支架和管道相连接的所有设备与装置构建成了一个非常复杂的机械结构系统，所以它产生的振动是由多方面的因素造成的。
1.由于压缩机运动机构的动力平衡性差或基础设计不当，引起机组振动，从而使其与之连接的管道产生振动；2.由于管内气流脉动引起的管道受迫振动；3.由于管道结构与内部气流构成的系统会有一系列固定的振动频率，所以当压缩机激发的频率与结构的某一点有频率相近时，系统就会产生振动叠加，使管道产生较大的位移和应力，这样就会破坏管道的最大原因，并且已经引起现场的高度重视。
4.引起管道振动的最主要的原因之一就是气流脉动。
管道需要通过动力进行输气，如：压缩机或泵加压，这样的加压方式是间歇性的。
但是间歇加压会使管道内的压力在平均值基础上进行上、下脉动，产生我们所说的压力脉动。