基于Matlab/Simulink的民机空调系统文氏管流量精度仿真分析
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【摘 要】文氏管是测量民用飞机空调系统组件进口流量的重要部件，其精度指标直接影响到组件进口流量的控制。本文通过Matlab/Simulink仿真的方式分析温度压力测量位置的不同对于文氏管流量计算精度的影响。
【关键词】文氏管；流量精度；Matlab/Simulink；仿真
【Abstract】Venturi is an important equipment used to estimate the ACS inlet airflow on the civil aircraft. This paper compares the estimated airflow sensing errors resulted from using different sensing positions to obtain temperature and pressure sensor signals based on Matlab/Simulink.
【Key words】Venturi；Flow accuracg；Matlab/Simulink；Simulation
0 引言
民机空调系统对组件进口处的流量控制精度及调节特性有较高的要求，常见的流量控制方式如图1所示。文氏管FSV采集管道中的温度、压力信息并转换成质量流量反馈给流量控制活门FCV进行流量控制。文氏管FSV的测量精度将在很大程度上决定质量流量的控制精度。
1 文氏管流量计算概述
1.1 文氏管原理
1.2 问题说明
如图3所示，有两种不同方式的温度压力测量位置，a）中的文氏管温度压力测量位置较，b）中前移了约25ft。温度压力传感器安装的位置变化会影响文氏管流量计算时上游温度、压力的取值，从而造成文氏管流量计算精度的变化。
2 仿真分析
为了分析温度压力传感器安装位置变化对于文氏管流量计算精度的影响，本节按照图3所示的两种结构搭建了仿真模型，计算分析在一定工况下由于温度、压力传感器测量位置的变化造成的温度、压力损失，以及对文氏管流量计算精度的影响。
2.1 仿真模型搭建
仿真模型通过计算文氏管上游各主要部件的压力损失，仿真由于压力传感器前移造成的压力测量值变化，并分析其对于文氏管流量计算的影响。温度仿真采用部件物理模型搭建，管道、换热器等尺寸、材质等信息来自机设计数模。温度模型搭建过程中，热量散失主要为部件与外部环境的换热，部件之间的热量交换没有考虑在内。换热器HX冷边温度模型是由FAV活门控制的流量回路，通过调节活门开度改变换热器冷边流量，以改变换热器热边出口温度。由于仿真模型不包含空调组件等下游组件和系统，为了模拟下游的流量负载，在模型搭建过程中采用一个孔板仿真模型仿真系统下游管路中的流量。
2.2 仿真运行分析
2.2.1 仿真数据
3 结论
综合上述分析可知，温度压力传感器测量位置的变化对文氏管流量计算精度的影响是很明显的。文氏管在流量测量时将压力、温度传感器的前移引起的沿程压力、温度损失等偏差带入计算当中，由此造成文氏管流量计算精度降低，低流量段部分流量测量偏差更大。在设计过程中，应该充分考虑这种影响并对文氏管流量计算时的压力、温度损失进行修正，以保证流量控制系统的测量精度。
【参考文献】
[1]Colter L. Hollingshead. Discharge Coefficient Performance of Venturi， Standard Concentric Orifice Plate， V-Cone， and Wedge Flow Meters at Small Reynolds Numbers [M]. Utah State University， 2011.
[2]Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full-Part 1： General principles and requirements， BS EN ISO 5167-1：2003[S].