微小音速喷嘴临界背压比测试装置

音速喷嘴工作时的背压比小于临界背压比是实现并保持临界流的关键。现行国际标准建议,对于喉部雷诺数Red小于2×10⁵的音速喷嘴,需保持0.25的临界背压比或进行临界背压比的实际测量。基于此,建立了一套微小音速喷嘴临界背压比测试装置,该装置能够实现喉径为0.3~3mm,流量范围为0.05~5m³/h音速喷嘴临界背压比的测量,测量结果的扩展不确定度为0.56%(k=2)。     

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.     

临界流喷嘴数值模拟研究初探

介绍了国内外有关CFD软件在喷嘴领域内的应用现状。使用Fluent软件对0.95~0.4背压比下,喉径分别为20mm、8mm和2mm喷嘴的流动进行了数值模拟计算。对临界压力比的模拟结果表明:在相同设计临界背压比下,计算得到的临界背压比较设计值低,且随着临界流喷嘴喉径的增加有缓慢地增加。此外,通过计算得到了各喉径下喷嘴流出系数,模拟与实验结果的差异保持在可接受的范围,且有相同的变化趋势。     

音速喷嘴下游管路内流场数值模拟及对流出系数的影响

通过理论分析和建立数学模型,采用CFD软件,分别对喉径为10 mm和0.96 mm两种音速喷嘴及下游管路内的流场进行了数值模拟;对流出系数的模拟值、经验值和实际值进行了比较,三者的值较为吻合.模拟结果还发现,气体静压在喷嘴出口处波动比较剧烈;临界背压比随着下游管路长度的改变而有所变化;当背压比小于一定数值时,管路内的静压力将出现波动.     

2mm喉径喷嘴入口段对其流出系数的影响

喷嘴形状是实现并保持通过其流量稳定的关键,通过对设计入口半径为喉部2倍,扩散角为2.5°、4.0°、6.0°,名义喉径为2mm的3个喷嘴的流出系数测量发现:不同扩散角喷嘴的流出系数存在差异,最大差异达1.72%.对扩散角为2.5°喷嘴抛切测量后发现:入口半径略超过了国际标准的规定,且圆度较大.对具有不同入口半径、扩散角,喉径为2mm喷嘴的数值模拟发现:对于具有相同入口半径、不同扩散角的喷嘴,流出系数几乎完全一样;入口半径为喉径2倍时,流出系数最大;对于略超过国际标准规定的R=(1.5～2.5)d范围内喷嘴的模拟计算表明,流出系数间的最大差异仅为0.33%.因此,推断实际喷嘴入口段圆度较大,即入口轮廓与理想轮廓的较大差异,是造成不同喷嘴流出系数间差异的主要原因.     

音速喷嘴临界背压比测试方法的比较分析

临界背压比是音速喷嘴最重要的条件保证性参数.对于喉部雷诺数小于200000的音速喷嘴,其临界背压比不再有理论公式可以描述,只能进行一次实流测试来得到.建立了一套音速喷嘴临界背压比的测试系统,并对喷嘴串联方法和标准流量计方法进行了分析和比较,认为前者是较好的方法,其优势主要体现在不必用恒压模式逐点测量,测试速度快,测试结...     

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.     

燃气表检定装置背压比试验分析

文章通过试验、分析,得到结论：通过音速喷嘴式燃气表检定装置在喷嘴不同使用情况下的背压比试验,得到的实际临界背压比0.35小于喷嘴安装前的0.44,所测得燃气表的示值误差也更真实准确。表明喷嘴安装后,可由喷嘴所在具体装置通过试验获得临界背压比,并调整抽风机的工作压力,合理降低实际背压比,提高装置的测量准确度。     

临界流喷嘴流道廓形对流出系数影响初探

研究低雷诺数临界流喷嘴流动特性.阐述了喷嘴的基本廓形和检测流量公式,对日本OVAL公司制造的喷嘴和国产喷嘴进行了入口段和出口扩散段形状的比对实验.实验结果表明:同一喷嘴,改变流向,流出系数也随即改变;圆弧入口的喷嘴的流出系数和临界背压比值,比锥形入口的喷嘴大;喷嘴喉径越小,这一特性越明显.实验结果对喷嘴设计与应用者具有一定的参考价值.     

音速喷嘴临界流状态过渡的CFD分析

音速喷嘴是最常用的气体标准流量计之一,结构简单,准确度高,但其内部流动却较为复杂.利用CFD工具模拟了喷嘴内部的流场及温压分布,分析了喷嘴临界流状态前后的流动变化,为喷嘴的使用者提供一些理论参考.临界背压比是音速喷嘴应用过程中的一个重要参数,临界背压比的测量通常可以用标准流量计和喷嘴串联这两种方法,利用数值结果对两种方法进行了初步的分析比较.     

音速喷嘴扩散段形状对流出系数的影响

以满足ISO 9300规定的圆环形喉部喷嘴为基础,设计了没有扩散段、极短扩散段及扩散段长度为喉径共3种不同扩散段形状的喷嘴,采用数值模拟的方法对喉径为13.7 mm和30 mm的喷嘴进行了模拟计算.将模拟计算结果与经验公式及试验结果作了对比,验证了模拟计算结果的可信性.又以30mm喉径喷嘴的模拟计算结果为基础,对不同扩散段形状喷嘴流出系数间存在差异的原因进行了分析.发现与密度场相比,速度场的分布对流出系数的大小起了更加重要的决定性作用;临界流的等效直径与流出系数正相关.     

音速喷嘴一元流动模型详解及其激波计算

针对文丘里音速喷嘴,阐述了如临界背压比等概念,指出了ISO 9300中背压比定义存在容易造成歧义的缺陷。然后基于一元等熵流动理论,从数学上证明了：当文丘里喷嘴喉部压力与上游滞止压力之比达到临界压比时,喉部产生音速,通过喷嘴的质量流量达到最大值;推导了实际条件下喷嘴的流量公式,导出的流量公式相较于ISO 9300给出的相应公式,增加了喉部状态参数下的压缩性系数修正项■。最后从气体动力学基本方程出发,讨论了在较大背压比范围内,喷嘴扩散段中产生激波的机理,给出了激波产生的位置、激波前、后的压力和马赫数的一元流动计算模型,并运用数值模拟方法对计算结果进行了验证,同时还与Craig A的实验数据作了对比。对最小出口压比对比的结果显示,一元流动模型与实验数据的最大误差≤17%。     

基于质量守恒原理的临界流喷嘴动态检定方法研究

针对低雷诺数临界流喷嘴喉径小,几何测量困难,常用的负压式PVTt装置难以对喷嘴进行最大背压比试验等问题,设计了一种以步进电机为动力的主动活塞式气体流量校准器。依据流体力学质量守恒原理,提出按PcTt参数动态检定临界流喷嘴流出系数的方法,建立了数学模型。经比对验证,动态检定方法准确、可行,流出系数Cd的重复性达到(0.02~0.05)%。     

临界流文丘里喷嘴的最大允许背压比

一、临界流文丘里喷嘴的最大允许背压比与临界压力比设临界流喷嘴的进口压力为p1、滞止压力为p0、喉部压力为p*、出口压力为p2。增大临界流喷嘴的滞止压力p0或减小临界流喷嘴的出口压力p2,即减小背压比(p2/p0),则流过临界流喷嘴的气体流量增加。当背压比减小到使临界流喷嘴达到临界压力比(p*/p0)c时,气体的流量达到最大,此时的背压比即为最大允许背压比,气体流速为当地声速。再继续降低背压比(p2/p0),流过临界流喷嘴的气体流速将保持不变。     

高背压下平口喷嘴射流锥角影响因素分析

高背压下条件下的射流在火电的减温水喷射、燃气轮机、加压煤气化、潜艇等领域具有广泛的应用。由于高背压射流参数计算方法缺失,本文利用搭建的高背压实验系统,选取8种不同结构参数的喷嘴进行实验,研究背压、喷射压差、喷嘴长径比等参数对射流锥角的影响。分析实验结果,发现背压对射流锥角影响较大,在高背压时,背压越高,射流锥角越大;在低背压时,射流锥角受喷嘴内部流动状态影响较大,低背压时,喷嘴内部易产生空穴流动,空穴的产生促进射流锥角的增大,其影响不可忽略。     

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.     

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。     

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％。     

上游安装条件对音速喷嘴CBPR影响的实验研究

建立了音速喷嘴CBPR的测试系统,通过不同上游安装条件下的实验对喷嘴CBPR的影响进行了研究.实验表明:对于喉部雷诺数大于1.1×105的喷嘴,上游条件对CBPR几乎没有影响,但喷嘴上游整流器的设置和直管段长度的增加可以提高流量稳定性.对于喉部雷诺数小于1.1 ×105的喷嘴,由于提前非壅塞现象的出现,上游安装条件对喷嘴的CBPR会产生显著影响,因此,较小喉径喷嘴的CBPR最好在其使用条件下进行测量.     

气体流量标准装置的研制

介绍了音速喷嘴法和标准表法相结合的气体流量标准装置的原理、组成、主要技术措施以及特点等.通过控制管路机械加工影响量,控制温度、压力、湿度和数据采集系统各环节的不确定度,采用湿度在线补偿,音速喷嘴按实测最大背压比进行控制,以及采取一系列抗干扰措施等,使本装置的扩展不确定度达到了0.25%(k=2).