Amesim中液压节流孔模型的流量计算

Amesim液压库中的节流孔子模型HYDORF0是一个最基础的节流孔模型，其他相关的节流孔子模型都是在此基础上进行自定义的。该节流孔模型是对称的，两个方向阻力损失相等。该节流孔具有层流特性和紊流特性，根据用户提供的临界流数切换两种状态。

该模型有5种模式可用：

• Q/dP：用户提供一个流量[L/min]和相应的压降[bar]
• Cq：用户提供几何特征和最大流量系数Cq[null]
• zeta：用户提供几何特征和最小局部阻力系数ζ[null]
• Cv：用户提供最大通流能力系数Cv[null]
• Kv：用户提供最大通流能力系数Kv[null]

最基础的模式为Cq模式，其他模式都是在Cq模式上进行转化。

Cq模式

在Cq模式中，计算通过液压节流孔的流量、相应的流量系数以及流数预估值时，需要设置最大流量系数Cq。默认值设置为0.7，通常小于1。

节流孔几何参数也需要设置，有多种选择来描述过流面积和水力直径。实际上，可以选择的不同类型有：

1. 圆形：需要设置节流孔直径，推导计算过流面积与水力直径。
2. 矩形：需要设置节流孔高于宽，推导计算过流面积与水力直径。
3. 通用形状：过流面积和水力直径需要设置。

计算流量时需要使用以下参数：

• 孔口压力P1与P2
• 横截面积A
• 水力直径hd
• 最大流量系数Cqmax
• 从层流到紊流流动特性发生改变时的临界流数λcrit

其中，节流孔两端口分别为1和2，压降为ΔP=P1-P2。

临界流数（无量纲）在概念上与雷诺数相近，它表明了层流与紊流之间的过渡。在大多数情况下，它可以保留默认值1000。然而，对于具有复杂（粗糙）几何形状的节流孔，临界流数可降低至50；而对于非常光滑几何形状的节流孔，临界流数可增大至50000。

密度ρ与运动粘度ν=μ/ρ是在平均压力(P1+P2)/2下计算的。流数λ计算公式为：

根据以下公式，流量系数随流数λ变化：

对于λ>λcrit，Cq值为常数。对于比较小的λ值，随着ΔP近似线性变化。

液体的平均流速为：

体积流量公式为：

在此注意，计算获得的节流孔流量假设适用于在P1与P2平均压力下，并使用了修正系数将其校正到0表压条件。

Q/dP模式

当选择“Q/dP”模式时，“characteristic flow rate”[L.min]与“corresponding pressure drop”[bar]两个参数必须在根据“fluid properties for pressure drop measurement”参数定义的情况下设置。

1. 如果设置“at reference conditions”：密度与粘度根据大气压和温度来计算，其中温度根据“index of hydraulic fluid”所指向的流体类型得出。
2. 如果设置“at specified density and kinematic viscosity”：密度和粘度以参数的形式直接设置。

根据参数“characteristic flow rate”和“corresponding pressure drop”，最大流量系数设置为0.7，推导圆形节流孔的水力直径。

zeta模式

当选择“zeta”模式，需要设置最小局部阻力损失系数ζ。请注意，Cq与ζ之间的关系定义：

节流孔几何参数也需要设置，设置方式与“Cq”模式下相同。

Cv模式

当选择“Cv”模式时，最大通流能力系数Cv需要设置。根据定义，Cv等于在60[degF]，元件两端压差为1[psi]的条件下，一分钟内流过该元件的水量[US gal]。

最大通流能力系数Cv事实上是节流孔过流面积与最大流量系数Cq乘积的反映，实际上可以推导出以下关系式：

所有的几何特征均包含在Cv中。为了能够评估层流与紊流之间的过渡，仍然需要计算流数λ，该计算仍然需要几何尺寸。因此，最大流量系数Cq设置为0.7，Cv用于计算等效面积A。假设节流孔为圆形，推导出水力直径。

Kv模式

当选择“Kv”模式时，最大通流能力系数Kv需要设置。根据定义，Kv等于在60[degF]，元件两端压差为1[bar]的条件下，一小时内流过该元件的水量[m3]。最大通流能力系数Kv与Cv相同，也是是节流孔过流面积与最大流量系数Cq乘积的反映，Cv与Kv的关系为：

与对Cv特性确定的过程一致，最大流量系数Cq设置为0.7，Kv用于计算等效面积A。假设节流孔为圆形，推导出水力直径。

在此特别注意：以上所有情况，都存在Cq与等效面积A的转换。最终，所有通过节流孔流量的计算都是在转换出Cq与等效面积A之后根据同样的体积流量公式来计算。

以上各种模式，并无高低优劣之分，在建模设置参数时，根据手头所掌握的数据，合理选择流量系数即可。

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