多变指数的确定 - MSC.adams软件在汽车空调压缩机中的应用

　　实际热机中，有些过程工质的状态参数p、v、T 等都有显著的变化，与外界之间换热量也不可忽略不计，这时它们不能简化为四种基本的热力学过程(定容、定压、定温和绝热)。试验测定了一些过程中1kg 工质的压力p 和v 的关系，发现它们接近指数函数，用数学表达式描述即：p*vn=定值。该式即多变过程的过程方程式。n 为多变指数，它可以是负无穷到正无穷之间的任意数值。多变过程比前述几种特殊过程更为一般化，但也并非任意的过程，它仍根据一定的规律变化：整个过程服从过程方程p*vN=定值，n 为某一定值。

　　实际过程往往更为复杂。譬如柴油机气缸中的压缩过程，开始时工质温度低于缸壁温度，边吸热边压缩而温度升高，高于缸壁温度后则边压缩边放热，整个过程n 大约从1.6 变化到1.2 左右;至于膨胀过程，由于存在后燃及高温时被离解气体的复合放热现象，情况更为复杂，其散热规律的研究已不属于热力学的范围。对于多变指数n 式变化的实际过程，若n 的变化范围不大，则可用一个不变的平均值近似地代替实际变化地n;若n 地变化较大，则可将实际过程分成数段，每一段都近似为n 值不变。

　　本课题中，由于n 值的变化范围不大，根据以往实际工况和以往经验，选取n=1.3。

　　如图3 所示，压缩和膨胀为多变过程，多变指数n=1.3。膨胀结束点A 的压力应小于吸气压力Ps，压缩结束点B 的压力应大于排气压力Pd，但考虑影响有限，故膨胀结束点A 的压力=Ps，压缩结束点B 的压力=Pd。

　　图 3 压缩机整个行程中的P-V 关系

　　4.4.4 活塞顶部压力在运动分析中的体现：

　　4.4.4.1 MSC.ADAMS 中IF 函数的定义

　　IF(expr1：expr2，expr3，expr4)

　　式中，expr1 为控制变量，expr2，expr3 和expr4 均为表达式。

　　函数F=IF(expr1：expr2，expr3，expr4)的含义为：

　　4.4.4.2 在本课题中IF 语句算法

　　图4 所示为本课题中压缩机活塞端面受力IF 语句算法。先由活塞的速度方向(大于零/小于零)，判断活塞运动处于吸气/膨胀状态，还是压缩/排气状态，再根据活塞质心位置与膨胀结束点的关系确定是吸气状态还是膨胀状态;根据活塞质心位置与压缩结束点关系确定是压缩状态还是排气状态。

　　图4 活塞端面受力IF 语句算法

　　程序框图如图5 所示：

　　图5 活塞端面受力IF 语句程序框图

　　4.4.4.3 If 语句公式

　　将在UG 中建好的模型导入ADAMS 后，根据实际情况施加所需的运动约束。设定End Time = 10，step = 100，进行初步动态运行，测量所得数据。根据上述数据经过计算，得出在三种不同工况下，活塞的排气点d1，吸气点d2 的位置，如表5 所示。

　　表5 压缩机活塞行程参数(2)

　　以活塞3 在工况900rps 下端面受力为例：吸气压力Ps=0.358MPa, 排气压力Pd=2.97MPa, 排气起始点位置d1=-80.9924, 吸气起始点位置d2=-83.9607,活塞平均下止点位置d3=-85.1881, 活塞表面积S=897.2703, 活塞平均行程L=22.5889,余隙C=0.3,多变系数n=1.3。

　　900r/min：

　　Piston_3 气体方程：

　　IF( VZ(piston3.cm):

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703*2.97,897.2703*2.97,897.2703*0.358*((22.5889+0.3)/( .5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703* 0.358, 897.2703*2.97, 897.2703 *2.97),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+83.9607:897.2703*2.97*(0.3/(.5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3, 897.2703*0.358, 897.2703*0.358)

　　)

　　在模型上施加运动学约束以及力约束后，进行900rps 的运动仿真，以活塞3 为例，摘取其位移、速度、加速度与受力的曲线图，根据先前算出的d1、d2 位置，判定活塞在整个行程中的四个阶段的状态。一个周期内压缩机进行膨胀——吸气——压缩——排气为一次完整循环。状态判定结果如图6 所示。

　　图6 位移、速度、加速度与受力的曲线图