ICS 23.100.01 J 20
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
气动 使用可压缩流体元件的流量特性测定 第3部分：系统稳态流量
特性的计算方法
Pneumatic fluidpowerDetermination of flow-ratecharacteristics of components using compressible fluids-Part 3 : Method for calculating
steady-state flow-rate characteristics of systems
（ISO6358-3:2014,IDT)
2020-12-01实施
2020-06-02发布
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
目 次
前言引言范围
1
规范性引用文件术语和定义符号与单位 5计算假设 6串联系统的计算并联系统的计算
2
3
4
7
附录A（资料性附录） 串联系统的计算实例.. 附录B（资料性附录）并联系统的计算实例附录C（资料性附录） 计算程序流程图. 附录D（资料性附录） 流量特性未按ISO6358表达的元件附录E（资料性附录） 可视化计算结果参考文献
12
21 27 36 46 51 GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
前言
GB/T14513《气动使用可压缩流体元件的流量特性测定》分为以下3个部分：一第1部分：稳态流动的一般规则和试验方法；一第2部分：可代替的测试方法；一第3部分：系统稳态流量特性的计算方法。 本部分为GB/T14513的第3部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分使用翻译法等同采用ISO6358-3：2014《气动使用可压缩流体元件的流量特性测定 第3
部分：系统稳态流量特性的计算方法》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：
GB/T17446—2012 2流体传动系统及元件词汇（ISO5598：2008，IDT）本部分由中国机械工业联合会提出。
X
本部分由全国液压气动标准化技术委员会（SAC/TC3)归口。 本部分起草单位：百灵气动科技有限公司、北京航空航天大学、国家气动产品质量监督检验中心、浙
江亿日气动科技有限公司、宁波佳尔灵气动机械有限公司、中科标准（北京)科技有限公司、宁波索诺工业自控设备有限公司。
本部分主要起草人：石岩、王胜平、焦中良、许未晴、任志胜、任车利、单军波、高艳玲、毛信强。
I GB/T14513.3—2020/IS06358-3:2014
引言
在气动系统中，动力是通过闭合回路中压缩空气来传递和控制的。构成回路的元件，对气流具有固有的阻力，因此，需要定义与确定其流量特性，来描述它们的性能。
ISO6358：1989是基于收缩喷嘴模型提出的，用于确定气动阀门的流量特性。该方法包括两个特征参数：声速流导C和临界压力比b，用于推荐的流动特性数值逼近法计算。该方法是基于静压的测试结果描述气动阀门的流动特性，范围涵盖从塞塞流到亚声速流动。GB/T14513.1一2017考虑到气体流动速度对压力测量的影响，使用滞止压力替代原先的静压。
经验表明，许多具有收缩-扩张特性的气动阀门与ISO6358：1989的模型并不能很好地吻合。此外，除气动阀门以外的气动元件也需要应用本方法。然而，对于雍塞流和亚声速流动区域，现在需要使用4个参数(C、b、m和△p。)来定义流动特性。
本部分使用了从测试结果中得到的一组四个流量特征参数。这些参数按照其优先级递减顺序描述如下：
声速流导C是最重要的参数，它对应于最大流量（塞流）。该参数由上游滞止条件确定，一临界背压比b，代表痤塞流和亚声速流的分界点，是第二重要的参数。它的定义不同于
ISO6358：1989中临界压力比的定义，它表征的是下游滞止压力与上游滞止压力之比。 亚声速指数m，在必要时能够更准确地表示亚声速流动特征。对于具有固定流道的元件，m 值约在0.5左右。在此情况下，只需用C和6两个特征参数表示。对于其他m变化范围大的元件，需要确定C、6和m值。
一△p。是开启压力。该参数仅应用于那些随上游压力增加而开启的气动元件，例如止逆阀和单
向阀。 为了克服明显违反可压缩流体理论的情况，GB/T14513.1一2017对测试设备做了一些改变。包括
增大进气压力测量管，以满足测试过程中忽略进口速度的假设条件，并允许直接测量进口的滞止压力。 增大出口测量管用来直接测量下游滞止压力以满足不同的气动元件。元件中上下游滞止压力的差值意味着压力能量的损失。
为了测试公称通径较的元件，以及缩短测试时间或降低能量消耗，可以应用ISO6358-2：2013中
指定的方法，其中包括了放气试验和充气试验两种可供选择的试验方法。
本部分规定了一种使用简单数值计算的方法，在不经过测量的情况下，利用构成系统的元件和管道
的流量特性，来估算整个系统的流量特性。通常情况下，元件的流量特性参数是由第1部分和第2部分确定的；然而，有些元件的流量特性未按ISO6358定义的参数表达。本部分已给出近似等效流量的计算公式。
II GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
气动使用可压缩流体元件的流量特性测定第3部分：系统稳态流量
特性的计算方法
1范围
GB/T14513的本部分规定了一种使用简单数值计算的方法，在不经过测量的情况下，利用构成系统的元件和管道的流量特性，来估算整个系统的流量特性。
本部分所使用的公式都是用来描述压缩空气在亚声速流和塞流状态下通过元件的流量特性。 注：管子、消音器和过滤器的流导受进口压力影响，其C值和6值仅在确定的进口压力下有效。 本部分也适用于GB/T14513未规定的元件等效流量特性的计算。
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T14513.1一2017气动使用可压缩流体元件的流量特性测定第1部分：稳态流动的一般规则和试验方法（ISO6358-1：2013，IDT）
ISO5598流体传动系统和元件 词汇(Fluidpowersystemsandcomponents—Vocabulary)
3术语和定义
ISO5598和GB/T14513.1一2017界定的术语和定义适用于本文件。
4符号与单位
本部分所用符号和单位应符合GB/T14513.1一2017和表1的规定。
表1 符号和单位
符号 bripe C ripe d L
单位
描述
管子或软管的临界背压比管子或软管的声速流导管子或软管的内径管子或软管的长度管子或软管的平均摩擦因数（取决于雷诺数）管子或软管的下游静压绝对滞止温度
m/(s · Pa)(ANR)
m m
Pa K
p2 T
1 GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
表1(续) 描述
符号 Y k Re u
单位
比热容比（对于空气，比热容比取1.4) 管子或软管的实测摩擦因数管子或软管中气流的雷诺数动力黏度各元件的上游进口压力（滞止压力）各元件的下游出口压力（滞止压力）
Pa·s Pa Pa
P11 + P12 -P1i -p1s p21 + p22 +p2i +p2n
注：用于附录的其他符号参见附录D。
本部分符号下标应符合GB/T14513.1一2017和表2的规定。
表 2 本部分所使用的下标
下标 *s pipe e 4 J
描述
元件（阀、消音器等)或者管道（管子、软管、连接件等)的编号。当i二1时，表示系统的首端；当 i=n时，表示系统的末端当描述基于雷诺数的摩擦因数时，相对于管道的下游静压相对于进口相对于末端元件系统的计算步骤指数
5 计算假设
5.1 概述
在计算等效系统的流量特性时，应做出如下假设：
每个元件的进口滞止温度相同，气体处于绝热状态；对于串联元件，每个元件的出口压力与其相连的下一元件的进口压力相同；对于并联元件，每个相连元件的进口压力相同，所有元件的出口压力也相同。
5.2 元件流量特性之间的关系
会P:时，气流是亚声速流,质量流量与流量特性的关系如式(1)所示：
P≤1
当<
pi p1
P2 p1 Ap. p1
-b
T T
qm=Cpop1
..(1)
1
6
当兴 P1
qm"=Cpop* T。
...( 2 )
NT,*
2 GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
P<兴≤1时,质量流量为0,质量流量与流量特性的关系如式(3)所示：
当1-
ppi
qm=0
(3)
注：式(1)、式(2)和式(3)所用符号来自GB/T14513.1一2017。 5.3流量特性 5.3.1概述
串联系统和并联系统中所有元件的流量特性的表达应符合ISO6358中的规定。 如果一些元件的流量特性不能按照ISO6358中的方法表达，C、b、m和A力。可根据5.3.2或
5.3.3和附录D获得。 5.3.2以几何尺寸定义的管道的流量特性 5.3.2.1概述
管子和软管由其长度L和内径d定义。当系统中包含此类元件，流量特性的计算应采用5.3.2.2 中给出的基于传统流体力学的公式或者5.3.2.3中给出的基于试验结果的公式。基于试验结果的公式是在500kPa条件下按照GB/T14513.1一2017进行的试验为基础的。管道内径公差的变化可能会导致最大士15%的误差。详细的试验结果参见附录D，关于理论公式推导的附加信息在D.2.3中给出。 5.3.2.2基于摩擦因数（取决于雷诺数)的流量特性计算公式 5.3.2.2.1使用摩擦因数入（取决于雷诺数），由式（4)～式（7)计算管子或软管的流量特性参数。这些公式可应用于任何理想气体，与公式相关的理论参见附录D。
d?
T
.....( 4)
C pipe
4poVRT
AL
1
(+1)
(+1)
1
b pipe = 1
(5)
1
1 +
(+1)
A
aI
(+1)
2
(6) ·( 7 )
m pipe= 0.5 △p epipe = 0
注：式(4)～式(7)中带下标“pipe"的参数与管子或软管的下游静压力有关。 5.3.2.2.2式（4)～式（7)中的摩擦因数入取决于雷诺数，如式（8)所示：
1
(8)
入
(1.8 lgRe -1.64) 2
注：式（8)是Filonenko公式，用于光滑圆管内湍流状态下的计算（雷诺数大于4000时使用）。摩擦因数也可用其
他公式表示，参见D.2.3.2。
5.3.2.2.3雷诺数Re是与牛顿流体黏性有关的无量纲参数：
Re= 4qm
(9)
πdp
5.3.2.2.4参数μ是动力黏度，与流体温度有关，如式（10)表达的Sutherland定律（适用于空气）：
7T,+S T.+S
u=μr
·(10 )
3 GB/T14513.3—2020/ISO6358-3:2014
式中： μr Sutherland参考温度T，下的动力黏度，等于1.712×10-5Pa·s； T, - Sutherland参考温度，等于273K； S Sutherland常数，等于110.4K。
T3/2 T。+110.4
μ=1.455×10-6
5.3.2.2.5对于空气（=1.4)，式（4)和式（5)变成式（11)和式（12）：
2.28 ×10-3d αL + 0.77 入L +0.3
(11)
Ca
d
1
(12)
b pipe =
1
0.77 AL
0.3 入L)
1 +
14
d
d
5.3.2.3基于试验结果的流量特性计算公式
注：式（13)～式(18)给出了在500kPa恒定进口压力下管子的流量特性，
5.3.2.3.1式(13)～式（16)是基于GB/T14513.1中以空气为介质的试验结果推导出来的公式，也可用于计算管子的流量特性参数。聚氨酯管的试验结果在GB/T14513.1一2017的G.4中已给出，参见 D.2.4。
元d?
C :
.*(13)
2×103 L +1 6 =4.8×103 m=0.58-0.16
...(14)
·(15) ..(16)
Ap。=0
5.3.2.3.2摩擦因数k由试验结果确定，仅与管子的内径有关，与流动状态无关。
对于树脂管：
k =2.35X103d-0.31
(17)
对于钢管：
k =3.61 × 103d0.31
(18)
5.3.2.3.3对于其他进口压力，根据GB/T14513.1，使用压力依存系数K，等于2×10-7Pa-1时的声速流导计算相应的流量特性。 5.3.3流量特性由其他流量参数或者直管等效长度来表示的元件
当元件的流量特性由其他流量参数来表示时（如公称流量qN、Cv或Kv或直管等效长度），可参照附录D提供的方法，对可压缩流体的流量特性进行估算。
6 串联系统的计算
6.1概述
当系统处于稳态时，流体通过所有元件的质量流量9㎡相同，如图1所示。
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