音速喷嘴检定过程中几个问题的分析

本文介绍了音速喷嘴的工作原理及其数学模型,并对检定过程中流出系数C的不确定度进行评定,分析了空气密度、空气气体常数和临界流函数等因素对流出系数的影响.同时分析了空气湿度对各因素的影响,得出了关于音速喷嘴检定的几个重要的结论.     

音速喷嘴喉径对边界层过渡影响研究

滞止压力0.1 ～2.5 MPa下,喉径1.921 ～12.444 mm范围内,21支音速喷嘴的518组流出系数测量结果表明:滞止压力对同一块音速喷嘴流出系数的影响可超过2.3％;2.721 mm音速喷嘴边界层的过渡出现在雷诺数0.48×106;喉径12.444 mm音速喷嘴的边界层过渡出现在雷诺数0.94 ×106,音速喷嘴边界层过渡雷诺数与喉径直接相关.基于测试结果,提出了流出系数与雷诺数之间的经验公式,该公式对流出系数预测偏差小于0.3％.此外,得到边界层过渡雷诺数与音速喷嘴喉径之间的经验公式,该公式外延到日本NMIJ-2013实验工况,预测结果与实验结果具有很好的一致性.     

湿度对音速喷嘴流出系数影响的实验研究

归纳了湿度对音速喷嘴流出系数影响的几种常见修正方法。根据喷嘴几何尺寸与实验重复性对实验用音速喷嘴进行了筛选,存20m^3pVTt法气体流量基准装置上增加了湿度测量和控制设备,进行了不同湿度下音速喷嘴流出系数的对比实验。实验结果显示,虽然各修正方法间存在明显差异,但几种方法修正后的结果与经验公式计算结果间均有很好的一致性。     

喷嘴安装方式对喷嘴装置测量结果的影响

目前国内的音速喷嘴装置喷嘴安装方式包含两种,一种是管道式安装,一种是开放大空间(滞止容器)安装。本文旨在分析音速喷嘴两种安装方式对测量结果的影响。对音速喷嘴气体流量标准装置两种安装方式进行流量稳定性、重复性试验,选取DN25罗茨流量计和DN25涡轮流量计进行试验。对大量试验数据进行了分析,剔除重复性的影响,喷嘴前端直管段和开放大空间对仪表系数和流出系数的影响不超过0. 02%。     

HPPP法音速喷嘴检定装置不确定度评定

文章介绍了HPPP法音速喷嘴检定装置的组成、原理及计算音速喷嘴流出系数的数学模型,对流出系数的不确定度进行了详细评定,并对评定结果进行了验证,结果表明,HPPP法音速喷嘴检定装置的相对扩展不确定度为0.11%(k=2)。     

大曲率音速文丘利喷嘴的理论分析与实验研究

本文根据空气动力学原理分析了大曲率音速文丘利喷嘴的特性,指出其流出系数具有较高的稳定性,因而可望提高喷嘴的实际使用精确度。文中采用改进了的二元流动理论计算方法,使之既适用于小曲率喷嘴,又适用于大曲率喷嘴。理论计算结果与实验数据很好地一致。     

扩散角对临界流音速喷嘴流出系数的影响

以满足ISO 9300规定的圆环形喉部喷嘴为基础,对不同扩散角,大气环境中喉径为0.15mm～5mm,2.0×103＜Ret＜6.6×104时临界流音速喷嘴流出系数的影响进行了研究.模拟计算结果表明:喉径在1 mm以上的喷嘴,扩散角变化对流出系数几乎不存在影响;喉径1mm以下的喷嘴,喷嘴流出系数会随着扩散角的增加而增加.在此基础上,提出了等效临界流的概念并对模拟计算结果进行分析.采用等效喉径,或等效喉径与最小等效喉径间的差值δ,可以对扩散角与流出系数间的关系进行很好地解释.     

正压进气法钟罩检定音速喷嘴的研究

以钟罩式气体流量标准装置基准,采用正压进气法,对三只不同小口径音速喷嘴进行了不同背压比下的实验,对实验数据进行了分析,并对流出系数进行了不确定度分析。其中重复性误差最大喷嘴的流出系数不确定度为0．13％,扩展不确定度为0．26％。     

钟罩检测小喉径临界流流量计实验研究

介绍了用钟罩式气体流量标准装置检定小喉径音速喷嘴的方法,阐述了其结构型式和工作原理.分析评定了用该方法检定小喉径音速喷嘴流出系数C的不确定度.实验结果表明该方法可行,检测数据与中国计量科学研究院检定的数据吻合.     

流量计量技术互动平台

读者问:我厂比较重视流量计量。最近准备更新一部分流量仪表,其中,在与外商谈判的时候,外商经常介绍其产品经过了德国PTB的认证或其他机构的认证。请问,国外计量院或机构的这种认证在我国有多大作用?王东伟副研究员:音速喷嘴在国外已经用了几十年了,在我国也有20多年,但它的迅速发展和应用则是在近10年内。音速喷嘴的最大特点是当下游气体压力与上游气体压力之比小于临界压力比时,在音速喷嘴喉部的气体流速达到音速,这时通过音速喷嘴的气体质量流量不受下游压力变化的影响。由于这一特性,音速喷嘴可以达到很高的准确度,其流出系数的重复性…     

基于HPPP法标准装置检定音速喷嘴的方法研究

研究了用高压活塞体积管法(High Pressure Piston Prover,HPPP)原级标准装置检定音速喷嘴的数学模型和流出系数的测量不确定度,通过对现有HPPP原级流量标准装置进行设计改造,用一台超声波流量计代替上游川气涡轮流量计,一套被检音速喷嘴管段代替下游传递涡轮流量计的方案,优化测得值的不确定度,实现用HPPP原级标准装置检定音速喷嘴的功能。     

空气湿度对音速文丘利喷嘴测量空气流量的影响

本文分析了用音速喷嘴测量空气流量时，空气湿度对流量测量不确定度的影响，并给出了针对湿度的修正公式。     

滞止压力低至10 kPa的音速喷嘴量值溯源方法探析北大核心CSCD

为解决的气体流量计量校准技术无法实现航空发动机在低压工作条件下气体流量的直接校准和量值溯源的问题,对音速喷嘴在较低滞止压力条件下的直接校准和量值溯源方法进行探析与研究。首先,采用pVTt法气体流量基准装置在大气压条件下对4块名义喉径为40mm的音速喷嘴进行了测试;其次,基于5支标准音速喷嘴,采用音速喷嘴串联的方式实现了最低至10kPa滞止压力的音速喷嘴的实流校准;最后,对测得的流出系数与喉部雷诺数的平方根倒数进行了线性拟合。基于拟合程度较高的线性拟合结果,验证了该校准方法的可行性和准确性。     

音速喷嘴法燃气表检定装置的不确定度分析与检定注意事项

<正>一、装置不确定度分析本文以检定家用膜式燃气表的音速喷嘴法燃气表检定装置(以下简称"装置")为例,对其不确定度和检定注意事项进行探讨。流经音速喷嘴的体积流量q_v可按下式计算:式中:q_v——通过音速喷嘴的体积流量;C_d——音速流喷嘴的流出系数;A_*——音速喷嘴喉部的截面积;C_*——气体的临界流函数;p_0——喷嘴前气体的绝对滞止压力;T_0——喷嘴前气体的绝对滞止温度;p——被检燃气表处的气体压力;T——被检燃气表处的气体温度;z——压缩系数;M——气体的摩尔质     

音速喷嘴气体流量标准装置应用的试验研究

依据音速喷嘴独特的临界流状态测量原理,通过试验数据分析,阐述温度、压力的波动对流量测量的影响趋势和影响程度;同时,空气湿度的存在造成通过音速喷嘴的实际流量较相同条件下干空气的流量小,且其影响随着湿度的增加而增加,用作传递标准时必须进行湿度修正才能保证测量准确度;通过气体状态方程的理论推导,表明通过音速喷嘴的体积流量与被检流量计的体积流量状态一致。最后,对音速喷嘴流量标准装置的设计和使用提出了相关的技术建议。     

湿度对临界流文丘利喷嘴流量特性的影响

本文分析了湿度对临界流文丘里喷嘴的流出系数、湿空气的气体常数和等熵指数的影响,对不同来流条件下由此引起的流量测量误差进行了计算,并给出空气质量流量的准确计算方法。计算结果表明：空气湿度对喷嘴流出系数的影响很小,工程测量中往往忽略不计,而湿空气的气体常数与等熵系数对质量流量的影响却可达１．１％,是不可忽视的,需进行正确的修正。     

临界流文丘里喷嘴测量不确定度分析

文章介绍了临界流文丘里喷嘴的工作原理,以及用pVTt法气体流量标准装置检定临界流文丘里喷嘴流出系数时的不确定度分析。对于检定过程的不确定度问题,列出了理想条件下的临界流量、实际条件下的临界流量以及喷嘴流出系数不确定度等的测量模型。并对检定过程中喷嘴流出系数的相对扩展不确定度进行了详细的评定,分析了各个因素的来源,便于在实际工作中分析影响测量不确定度的主要因素,从而提高我们校准工作的准确度和可靠性。     

音速喷嘴入口段形状对流出系数的影响

通过数值模拟的方法对喷嘴入口段形状对流出系数的影响进行了研究.喷嘴形状测量发现,喷嘴入口段的圆心都出现在喷嘴喉部的下游,此结构使得喷嘴的流出系数较理想形状下喷嘴的流出系数有所增加.考虑流量计算中密度、速度与温度的关系,及温度与边界层厚度的关系,推导了流出系数与边界层厚度间关系的表达式.应用推导得到的关联式,对不同喷嘴入口段边界层对流出系数的影响进行预测,其结果和模拟结果相一致.     

浅析MEMS喷嘴与ISO喷嘴的流出系数

流出系数作为音速喷嘴的关键参数之一,是衡量其流量特性的重要指标。人们已对其主要开展了实验研究、理论研究和数值模拟等几个方面的研究。MEMS喷嘴的引进与传统ISO喷嘴在流量特性有一定差异,对于它们之间相似和不同点,我们进行深入的学习。     

高压pVTt法气体流量标准装置不确定度实现及验证

介绍了中国计量科学研究院新建成的高压pVTt气体流量标准装置,该装置的不确定度为0.06%(k=2),音速喷嘴的流出系数不确定度为0.08%(k=2)。以3支音速喷嘴作为传递标准,对新建高压pVTt标准装置与原有pVTt装置及德国物理技术研究院的气体流量装置进行了比对,比对结果显示了实验装置间具有很好的一致性,并验证了装置的不确定度水平。