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风洞供气控制系统数字阀的设计与应用

康洪铭 霍国 陈辅政 刘晓林

康洪铭, 霍国, 陈辅政, 等. 风洞供气控制系统数字阀的设计与应用[J]. 实验流体力学, 2017, 31(5): 88-92. doi: 10.11729/syltlx20160086
引用本文: 康洪铭, 霍国, 陈辅政, 等. 风洞供气控制系统数字阀的设计与应用[J]. 实验流体力学, 2017, 31(5): 88-92. doi: 10.11729/syltlx20160086
Kang Hongming, Huo Guo, Chen Fuzheng, et al. Design and application of digital valve in gas supply control system for wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(5): 88-92. doi: 10.11729/syltlx20160086
Citation: Kang Hongming, Huo Guo, Chen Fuzheng, et al. Design and application of digital valve in gas supply control system for wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(5): 88-92. doi: 10.11729/syltlx20160086

风洞供气控制系统数字阀的设计与应用

doi: 10.11729/syltlx20160086
详细信息
    作者简介:

    康洪铭(1988-), 男, 四川广安人, 工程师。研究方向:低速风洞试验技术。通信地址:四川绵阳北川永安镇129信箱(622762)。E-mail:657461645@qq.com

    通讯作者:

    康洪铭, E-mail:657461645@qq.com

  • 中图分类号: V211

Design and application of digital valve in gas supply control system for wind tunnel

  • 摘要: 随着风洞供气试验所需的指标越发苛刻,模拟调节阀已经无法满足要求,同时针对目前PCM数字阀和PWM数字阀存在的缺陷,提出了一种PCM+PWM数字阀,通过PCM数字阀提供基准流量,PWM数字阀在基准流量的基础上再进行脉宽调节,以满足供气试验的要求。文中介绍了数字阀的研究现状、设计指标、喷嘴的类型选择和结构设计、喉道面积的分配、电磁阀参数计算和型号选择,以及基于PID的流量调节运算方法,并通过多次调试、优化参数,性能测试,最终开展了多项供气试验。试验结果表明,数字阀在风洞供气控制系统中的应用是成功的,试验流量绝对控制精度优于±3g/s,且响应时间短、调节范围宽和可靠稳定等特点为风洞供气试验提供了强有力的支撑。
  • 图  1  数字阀支路示意图

    Figure  1.  Embranchment sketch of the digital valve

    图  2  临界流标准喷嘴的结构和流量特性

    Figure  2.  Structure and flow characteristic of the critical flow standard nozzle

    图  3  临界流文丘里喷嘴的结构

    Figure  3.  Structure of the critical flow Venturi-type nozzle

    图  4  供气控制系统结构框图

    Figure  4.  Structure diagram of air supply control system

    图  5  FL-12风洞供气控制系统的数字阀

    Figure  5.  Digital valve of air supply control system in FL-12

    图  6  流量控制调节过程曲线

    Figure  6.  Flow control adjusting process curve

    图  7  流量控制稳态过程曲线

    Figure  7.  Flow control steady process curve

    表  1  临界流文丘里喷嘴的最大允许背压比表(γ=1.4)

    Table  1.   Maximum allowable back pressure ratio of the critical flow Venturi-type nozzle

    A2/A* p2/p1 A2/A* p2/p1
    1.1 0.6863 1.9 0.8495
    1.2 0.7376 2.0 0.8554
    1.3 0.7701 2.5 0.8743
    1.4 0.7930 3.0 0.8842
    1.5 0.8101 3.5 0.8900
    1.6 0.8233 4.0 0.8937
    1.7 0.8339 5.0 0.8981
    1.8 0.8424 10.0 0.9038
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    表  2  PCM数字阀各喷嘴喉道面积及对应流量计算表

    Table  2.   Nozzle throat area and calculated flow value of the PCM digital valve

    Bit位 临界流量/(kg·s-1) 喷嘴喉道面积/cm2 喉道通径/mm
    1 0.00059332 0.00031416 0.2000
    2 0.0011866 0.00062832 0.2828
    3 0.0023733 0.0012566 0.4000
    4 0.0047466 0.0025133 0.5657
    5 0.0094932 0.0050265 0.8000
    6 0.018986 0.010053 1.1314
    7 0.037973 0.020106 1.6000
    8 0.075945 0.040212 2.2627
    9 0.15189 0.080425 3.2000
    10 0.30378 0.16085 4.5255
    11 0.60756 0.3217 6.4000
    12 1.2151 0.6434 9.0510
    13 2.4303 1.2868 12.8000
    13半 1.2151 0.6434 9.0510
    合计 6.075 3.2170
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    表  3  电磁阀流量系数计算与型号选择

    Table  3.   Magnetic valve flow coefficient calculation and model selection

    Bit位 计算流量系数/(m3·h-1) 电磁阀流量系数/(m3·h-1) 电磁阀阀座口径/mm 电磁阀型号
    PWM 0.02892 0.05 8.0 2/943
    1 0.00195 0.13 2.0 A5232
    2 0.00390 0.13 2.0 A5232
    3 0.00781 0.13 2.0 A5232
    4 0.01563 0.13 2.0 A5232
    5 0.03125 2.0 8.0 B4623
    6 0.0625 2.0 8.0 B4623
    7 0.12501 2.0 8.0 B4623
    8 0.25003 2.0 8.0 B4623
    9 0.50005 2.0 8.0 B4623
    10 1.00010 2.0 8.0 B4623
    11 2.00021 8.0 25.0 A4625
    12 4.00042 8.0 25.0 A4625
    13 7.99895 20.0 32.0 A4827
    13半 4.00042 8.0 25.0 A4625
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    表  4  流量闭环控制的测试结果(单位:kg/s)

    Table  4.   Test results of the flow closed loop control

    给定流量 1.2 2.4 3.55 4.67
    均值流量 1.2012 2.3984 3.5518 4.6688
    最大流量 1.2019 2.4022 3.5525 4.6720
    最小流量 1.1996 2.3979 3.5480 4.6674
    极差 0.0023 0.0043 0.0045 0.0046
    最大绝对误差 0.0019 0.0022 0.0025 0.0026
    最大相对误差 0.15% 0.09% 0.07% 0.05%
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-01
  • 修回日期:  2017-07-12
  • 刊出日期:  2017-10-25

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    2021年8月13日