2mm喉径喷嘴入口段对其流出系数的影响
- 格式:pdf
- 大小:920.82 KB
- 文档页数:3
浅析音速喷嘴装置中喷嘴间的相互影响李鹏;暴冰;李春辉【摘要】目前采用音速喷嘴作为传递标准的气体流量标准装置被国内外检测机构广泛使用。
在使用时,将根据需要的流量使用单个或多个喷嘴组合。
与国外音速喷嘴的实际应用相比较,国内装置在喷嘴的安装方式、结构排列和上游设计方面多有不同。
在对装置进行不确定度评定时,需要考虑喷嘴间相互影响(包括数量和位置等)对流量不确定度的影响。
本文基于国内两套音速喷嘴法气体流量标准装置,利用单个、多个喷嘴的组合,测得两组相近流量点下涡轮流量计仪表系数,计算出不同组合的仪表系数偏差。
本文考虑了实验时各组实际体积流量差值的影响,利用曲线拟合的方法,拟合出涡轮流量计仪表系数特性曲线,给出拟合方程式。
将流量不同带来的影响剔除,最终给出喷嘴间相互影响带来的偏差,两套装置得出由此影响带来的不确定度为0.02%和0.07%。
因此,在对音速喷嘴装置进行不确定度分析时应考虑这一分量。
此外,通过相近流量不同喷嘴的组合对流量计进行检测,可以发现和找出喷嘴的问题,也是一种装置期间核查的好办法。
%At present, the nozzle as gas flow transfer standard device is widely used in domestic and foreign testing organizations. In appli-cation, the selection of a single nozzle, a couple of nozzles or several nozzles depends on the required flow. Compared with the practical applica-tion of sonic nozzles abroad, domestic plants are different in such aspects as nozzle installation method, structure arrangement and the upstream design. In uncertainty evaluation, the interaction( numbers and positions) between nozzles should be considered. Two sets of sonic nozzle gas flow standard device from Beijing and Henan are chosen to measure two groups of similar flow points withturbine flow meter and calculate the deviation coefficients of different combinations of instruments. The uncertainty from this phenomenon is 0. 02% and 0. 07% respectively. Obviously, be-cause of the nozzle processing, installation and use, two sets of sonic nozzle by means of experimental results are quite different. So the uncer-tainty analysis for the sonic nozzle device should consider this component. The job for evaluation of the standard device can be more scientific and accurate in this way.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】音速喷嘴;拟合曲线;喷嘴组合;不确定度;相关性【作者】李鹏;暴冰;李春辉【作者单位】北京市计量检测科学研究院,北京100029;河南省计量科学研究院,河南郑州450008;中国计量科学研究院,北京100013【正文语种】中文【中图分类】TB937我们习惯将临界流文丘里管称为音速喷嘴。
喷嘴设计计算一、已知数据CH4、O2都按照理想气体计算,并且氧气中只含有O2,天然气进料中只含有甲烷。
a)进料Q O2=10L/minQ CH4=20L/min(室温下,20o C,0.2MPa)b)温度、压力进料温度,从室温预热至500o C,压力按照理想气体计算得到c)进料速度根据气体燃料喷头的设计取得O2进料速度设定为u1=40m/sCH4进料速度设定为u1=150m/sd)符号Q——体积流量,L/min;u1、u2分别为O2的进料、出口速度,m/s;u1、u2分别为CH4的进料、出口速度,m/s;Di、Do、D*分别是O2进口、出口、喉、口直径,mm;di、do分别是CH4的进口、出口直径,mm;L1、L2——喷嘴喉、口前后两端的长度,mm;α——喷头的锥度二、主流道的尺寸计算O2由室温条件预热到500 o C,体积膨胀,体积流量变大,由理想状态方程,得①假设气体压力保持不变,则得出Q O2=26.4L/min由气体流量计算Q=Su以及圆面积公式③得出Di=3.7mm 可以约等于Di=4mm修正进料速度u1=35m/s由切割喷嘴的参考经验,入口直径Di=(2)D*,取2 D*,则D*=2mm由声速④得声速c=95m/s其中——气体绝热指数,O 2为1.4R——气体常数,取8.314,J/〔mol·K〕T——绝对温度,K马赫数⑤计算得Ma=0.37*5.12651D M M D o ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= ⑥ 得Do=2.5mm ,喷嘴入口收缩长度L1=(0.8)Di ,L1=4mm喷嘴出口超音速长度L2大于2Do ,取4Do=10mm 喷嘴的喉口段长度可以用短的直线段(长度为2mm )加上两端过渡到两个圆锥相切的圆弧来形成。
三、副流道核算由文献可知,一般情况下,主流道与副流道的压力比为4,所以副流道的压力是0.05Mpa ,由①式得,Q CH4=211L/min再由 ③式算出di=5.46mm ,取di=5.5mm还可以由另外一种方法得出,预热氧气与天然气进口面积之比是1:2,则di=Di=5.5mm ,两者结果一致设计时。
浅析影响射流曝气的因素射流曝气作为继鼓风曝气、机械曝气之后的第三种曝气方式,以其结构简单、占地省、基建投资少等优点引起人们的关注。
射流曝气器一般由喷嘴、吸入室、混入室三个部分组成,这是一个典型的单喷嘴构造,也是污水生化处理常用的曝气用射流器。
见图1。
图1射流器结构示意图把射流曝气作为一种曝气方法使用,并作为一种污水生化处理系统运行,综合射流器、池型、工艺配置提出较为合理的设计参数及运行参数,从而使射流曝气法更加具有普遍性。
现从以下几个方面分析影响射流曝气工艺的因素:一、射流曝气器结构参数的影响1、喷嘴形状。
喷嘴形状有多种,如圆薄壁孔板形、流线形、圆锥形收缩及多孔喷嘴等。
其中以流线形喷嘴效率最好,但因其加工困难,所以不如圆锥形喷嘴使用范围广泛。
圆薄壁孔板形喷嘴的射流紧密段较短,射流具有较高的破裂率,所以其喉嘴距较短。
由于喷嘴口径的尺寸对射流器的影响很敏感,因此要考虑防锈问题,一般喷嘴的材料常用不锈钢、铜或者其它材料进行镀铬处理。
2、喷嘴收缩角(对圆锥形收缩喷嘴而言)或喷嘴直径。
由于射流器的工作介质为污水或污水与活性污泥的混合物,从防止喷口堵塞方面来考虑,喷口直径不宜太小,但从射流器在整个曝气池中曝气与气液的均匀性以及在操作运转的灵活性等方面考虑,喷口直径也不宜过大。
一般直径为25mm左右为宜。
3、吸气室。
它是喷嘴和喉管共同的固定基础,进气管与之相连。
吸气室一般为圆筒状,气体截面积为喷嘴出口面积的6~10倍。
根据吸入流体与工作液体的流动方向可把吸气管设计成与工作液体平行或斜交(垂直)两种。
一般认为吸入气体的进入方向和工作水的进入方向之夹角以40~60°为好,夹角线与喷嘴管轴线交点宜在喷嘴之前,这样可防止进气直径冲击入射水。
4、喉管进口段。
它把吸气室与喉管连接起来。
为了减少被吸入气体的能量损失,一般采用收缩圆锥形或光滑曲线形,其收缩角在13~120°之间。
当喉管喷嘴面积比m(m 指喉管截面与喷口截面之比)小时,收缩角取小值;喉管喷嘴面积比m大时,收缩角取大值。
关于漩涡喷嘴的切向入口条件对内部流稳定性影响的探究韩国,151-742,首尔,首尔国立大学,机械航空学院Sunghyuk Kim, Taeock Khil, Hoyeon Choi ,Youngbin简要在漩涡喷嘴中,切向入口条件严重影响着其内部流的稳定性。
因为切向入口条件影响着液膜厚度,空气中心形成,喷雾角和质量流率。
可以说它是漩涡喷嘴一个最重要的参数。
从以往的研究中,我们可以确定,空气核心形成和液膜厚度有着直接的联系。
这样我们就可以通过观察漩涡室的空气核心和测量孔的液膜厚度来为各种各样的切向入口条件研究它的内部流特征。
测量液膜厚度和观测空气核心形成分别采用了基于电子导电方法而特别设计的注射器和高速摄像系统。
孔的液膜厚度和流行的压力脉动之间的变化关系可由FFT(快速傅里叶变换)方法分析。
不同的压力脉动与液膜厚度变化呈现同一趋势。
我们对内部流的初始入口的角动量动量矩进行了分析,根据这些结果,其内部流的稳定边界就出现了。
介绍形成于涡流室的空气核心成为液膜厚度的根本限定。
通常,喷雾器的的外部喷雾现象很容易观察,但是涡流室的空气核心却很难看见。
因此,研究主要是通过数值分析的方法进行。
参考文献【1】中Som等人指出,空气核心是涡流喷嘴最重要的参数之一,因为空气核心直径决定孔液膜厚度,它在决定雾化过程的平均规模下降中起着重要作用。
参考文献[2]Dashi等人观察到,圆锥喷嘴中的空气核心仍然与靠近喷嘴出口的直径保持轴对称,但是它可以实现圆柱喷嘴复杂的螺旋形状,所以在喷嘴出口射流不是一个圆,而是一个椭圆截面。
参考文献【3】库珀等人观察在压力漩涡喷雾器中的空气核心和液体表面的波浪使用高速图像和LDA(激光多普勒风速计)方法,他们指出三种各具特色的波浪正在考究之中。
螺旋,低振幅,低频率的随机涟漪漩涡驻波。
他们也指出,对空气核心/液体表面的干扰,是由这些本地的液膜破裂的波来显现在雾化器出口区域的,空气核心本身与喷雾器壁也发生碰撞。
喷嘴距及混合室喉部长度对喷射器性能综合影响研究谭丽萍;陈洪杰;葛敬;卢苇【期刊名称】《真空科学与技术学报》【年(卷),期】2024(44)2【摘要】在实际环境条件下,采用变几何喷射器是提高喷射器性能的重要途径。
基于喷嘴距可调式的喷射器实验测试平台,采用实验和数值分析相结合的方法,研究不同无量纲混合室喉部长度下,无量纲喷嘴距对喷射器的性能及不可逆性影响。
结果表明:在测试范围内,喷射器的临界喷射系数随着喷嘴距的增加先增加后减小,当达到最佳无量纲喷嘴距5.83时,临界喷射系数达到最大值0.45,合理的喷嘴距应避免激波链出现在混合室收缩段;喷射器的临界冷凝压力随喷嘴距的增加逐渐下降,当无量纲混合室喉部长度为4时,其临界冷凝压力下降7.36%,下降速度最慢,原因是较大的射流冲量提高了扩压室的压力恢复能力,使流体动能衰减速度有所减缓;当无量纲混合室喉部长度为4,无量纲喷嘴距为5.83时,热力学完善度达到最大值0.21;由喷嘴距引起的喷射器熵产主要来源于两股入口流在混合室收敛段的混合和第二冲击波向扩压室出口的移动,提高扩压室的压力恢复能力能有效避免熵产的急剧增加。
研究结果对喷射器的结构及综合性能进行多目标优化,以减小喷射器不可逆性提供重要参考。
【总页数】11页(P156-166)【作者】谭丽萍;陈洪杰;葛敬;卢苇【作者单位】广西大学机械工程学院;桂林航天工业学院能源与建筑环境学院;四川大学化学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TK114【相关文献】1.喷嘴位置对喷射器的性能影响的研究2.喷口距、混合室长度对引射式射流风机性能的影响3.喷嘴距对喷射器及双蒸发压缩/喷射制冷系统性能的影响研究4.喷口距和混合室长度对引射式射流风机性能的影响5.喷嘴长度和喷嘴出口位置对喷射器性能的影响因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
入口唇角对喷水管道流动性能影响的数值分析入口唇角对喷水管道流动性能的数值分析在工程领域中具有重要的意义。
通过对不同入口唇角下的流动情况进行模拟和分析,可以得出不同入口唇角对管道流动性能的影响规律,为实际工程设计和优化提供依据。
在本文中,我们将以入口唇角对喷水管道流动性能的影响为研究对象,进行数值模拟和分析,以期得出有价值的结论。
首先,我们需要建立数学模型描述喷水管道流动情况。
通常情况下,我们可以采用雷诺平均Navier-Stokes方程描述管道内的流动,同时考虑喷嘴出口处的湍流模型和壁面摩擦阻力。
然后,通过计算流体的速度场、压力场等参数,可以得出不同入口唇角下的流动情况。
接着,我们将选择不同的入口唇角进行数值模拟。
通过改变入口唇角的大小,我们可以得到不同情况下的流动特性。
一般来说,较小的入口唇角会在管道内产生较大的湍流摩擦损失,从而增加能源消耗;而较大的入口唇角可能会影响管道内的流态结构,导致流动不稳定等问题。
因此,我们需要对不同唇角下的流场参数进行全面的分析和比较。
在数值模拟的基础上,我们可以得出不同入口唇角对喷水管道流动性能的影响规律。
通过研究不同唇角下的压降、速度分布、涡流结构等参数,可以得出最佳的入口唇角范围,以实现管道流动的最佳性能。
同时,我们还可以通过数值模拟预测不同唇角下的流动损失和管道内的流动特性,为工程设计提供参考意见。
总的来说,入口唇角对喷水管道流动性能的影响是一个复杂的问题,需要综合考虑流场特性、管道结构、能源消耗等方面的因素。
通过数值模拟和分析,我们可以得出不同唇角下的最佳设计方案,为实际工程应用提供有力的支持。
希望通过本文的研究,可以为喷水管道的设计和优化提供有益的参考信息。
标准喷嘴节流原理标准喷嘴是一种常用的流体控制装置,在液体或气体流动中起到节流或造雾的作用。
喷嘴的节流原理是通过将流体从管道中引导到狭小的通道中,使流体通过通道时发生速度增加、压力降低的变化,从而实现流量的调节和控制。
标准喷嘴由两个主要的部件组成,即进口与出口。
进口部分是一个较大的管道,而出口部分则是一个较小的通道或孔径。
当流体从进口进入喷嘴时,由于通道或孔径的变小,流体流速逐渐增加,造成了流速的差异。
根据伯努利原理,流速增加导致了压力的降低。
因此,喷嘴出口的压力将低于进口的压力。
通过改变喷嘴的通道或孔径的大小,可以调节流体通过喷嘴的速度和压力。
较小的通道或孔径将导致更高的速度和更低的压力,而较大的通道或孔径则会降低速度和增加压力。
标准喷嘴的节流原理基于流体动能的转换和压力的变化,可以实现对流体流量的精确控制和调节。
同样的原理也适用于气体喷嘴、液体喷嘴和蒸汽喷嘴等不同类型的喷嘴。
在标准喷嘴的节流原理中,还有一个重要的因素是流体的连续性方程,即质量守恒定律。
根据质量守恒定律,流体通过喷嘴时的质量流量是恒定的。
质量流量可以用以下公式表示:m_dot = ρ * A * V其中,m_dot 是质量流量,ρ 是流体的密度,A 是喷嘴截面积,V 是流体的速度。
在标准喷嘴中,喷嘴截面积逐渐减小,因此根据质量流量的恒定性,流速会随着截面积的减小而增加。
通过减小截面积,流速增加,从而实现对流体流量的节流控制。
此外,标准喷嘴也可以用于产生雾化效果。
在喷嘴出口的小孔径处,流体的流速大大增加,形成高速流。
在高速流的作用下,流体产生剪切力,将其分割成小液滴或小气泡。
这样就实现了将流体雾化成细小颗粒的效果。
综上所述,标准喷嘴的节流原理基于流体动能的转换和流量的调节。
通过改变喷嘴的截面积,可以调节流体的速度和压力,从而实现对流体流量的控制。
此外,喷嘴还可以利用流体高速流的剪切作用将其雾化。
这些原理使得标准喷嘴在多个领域中得到了广泛的应用,如化工、石油、农业等。
备C^S IEngineering 工程音速喷嘴法检定气体流量分析王国建(景德镇市计量测试研究所,江西景德镇333000)摘要:随着科技的进步发展,在气体流量检测方面的科学技术在迅猛发展,本文将主要对于音速喷嘴法检定气体流量 进行分析,希望能够通过本文的详细介绍,给予大家一些启发。
关键词:气体流量;检定;音速喷嘴法中图分类号:TH814 文献标识码:A文章编号:1671-0711 (2017) 02 (上)-0067-02对于气流流量的检测,一直以来都是我国在技术上存在的难题。
然而自从音速喷嘴法诞生之后,我国在气体流量方面的检测就逐渐得到了完善,检定结果也越来越准确。
但是对于音速喷嘴法,很多人都不太了解,本文将对此进行探讨,为大家提供一个详细明确的解释。
1音速喷嘴法的原理分析对音速喷嘴是一个一端半径小,另一端半径大的圆形渐缩渐放通道。
气流通过音速喷嘴的渐缩阶段时,速度会变的很快,压力也会减小,此时在喷嘴半径最小的那个界面口,就会形成音速,达到临界气流。
而在达到临界气流之后,就会进人一个渐扩阶段,此时就会将气流的速度动能转化成另外一种形式的压力能,之后便会使压力恢复。
这就是音速喷嘴的基础原理。
音速喷嘴法不只是一个两边半径不同的金属固体,它有着非常紧密细致的结构。
它包括音速喷嘴容器装置系统、真空负压站数据采集和工控机控制系统。
正是由于这四个部分的完美组合,层层递进,才诞生出了音速喷嘴法。
在这四个环节中,只要任何一个部分出现错误、纰漏、疏忽,都会严重影响到最后的测量结果,气体是一个很容易被影响到的东西,无论是外界的环境还是机械装备的缺陷,都必然会影响到气体流量的大小和技术进程中的测量,所以在运行过程中必须万分小心。
音速喷嘴装置由以下主要部件构成:真空泵、阀门、汇合容器、滞止容器、音速喷嘴、被检表和过滤器,除此之外还有各种检定的管道,在每个检定管道上,都附有温度计和压力变送器,用来收集温度和压力信号。
滞止容器里面还含有温度变速器和压力变送器,用来制止温度和压力信号。
普通喷头流量系数普通喷头流量系数是用来描述喷头流量特性的一个重要参数。
喷头是一种常用的流体控制装置,广泛应用于工业生产和日常生活中。
喷头的流量系数是指在单位时间内通过喷头的流体体积与单位时间内通过标准孔口的流体体积之比。
通过研究普通喷头流量系数,可以了解喷头的流量特性,从而优化流体控制系统的设计。
普通喷头流量系数与喷头的结构和工作原理密切相关。
一般来说,喷头的流量系数与喷头的孔径、喷嘴形状、喷射角度等因素有关。
当流体通过喷头时,流体会受到喷头的限制和调节,从而形成一定的喷射流动。
流体在通过喷头时会产生一定的压力损失和速度增加,这就导致了流体流量的变化。
普通喷头流量系数可以通过实验或计算方法得到,用来描述喷头的流量特性。
普通喷头流量系数的数值通常是一个小于1的实数。
数值越小,表示喷头对流体流动的限制越大,流量也就越小。
相反,数值越大,表示喷头对流体流动的限制越小,流量也就越大。
喷头的流量系数可以用来描述喷头的流量调节能力和流体损失情况。
在流体控制系统中,根据流量系数的大小可以选择合适的喷头,以满足流体控制的要求。
普通喷头流量系数的计算可以通过实验方法或理论计算方法得到。
实验方法是通过在实际流体系统中测量流量和压力变化,从而得到流量系数的数值。
理论计算方法则是基于喷头的结构和流体力学理论,通过建立数学模型和求解方程来计算流量系数。
两种方法各有优缺点,可以根据具体情况选择合适的方法。
在实际应用中,普通喷头流量系数的值会受到多种因素的影响。
除了喷头的结构和工作原理外,流体的性质、压力、温度等因素也会对流量系数产生影响。
因此,在选择喷头和设计流体控制系统时,需要综合考虑各种因素,以确保流体的流量控制能够满足实际需求。
普通喷头流量系数是描述喷头流量特性的重要参数。
通过研究和了解喷头的流量系数,可以优化流体控制系统的设计,实现流体的准确控制和调节。
在实际应用中,需要根据具体情况选择合适的喷头和计算方法,以确保流体控制的稳定性和可靠性。
■瞄鎏圈囝iI气体流量标准装置喷嘴设计及流出系数修正木单纯利王瑞岭(沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司产品检验检测中心,沈阳110043)摘要扼要阐述了临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置的基本工作原理,详细介绍了系列临界流文丘里喷嘴喉部育径设计方法;提出了喷嘴流出系数修正的必要性和计算公式。
关键词临界流文丘罩喷嘴;气体流量标准装置;喷嘴喉部直径设计;流出系数修正DOI:10.3969/j.iSSrL1000—0771.2009.07.042O引言‰黎明航发集团为满足企业能源计量需求,研制完成一套正压法音速喷嘴气体流量标准装置,标准装置核心部分采用临界流文丘里喷嘴组。
l吼。
音速文丘里喷嘴工作原理临界点p・Z如喷嘴(管)是个孔径逐渐缩小的流道,孔径最小的流道部分称为喷嘴的喉部。
不带扩张管的喷嘴称之为音速喷嘴或临界流喷嘴,形状如图1(a)所示;带扩张管的喷嘴称之为音速文丘里喷嘴或临界流文丘里喷嘴,形状如图l(b)所示。
音速喷嘴和临界流文丘里喷嘴下作原理是相同的。
图1中:P。
为上游压力,P,为下游压力。
既图2音速喷嘴流量、节流压力比关系图%=詈∥cc砌/√等(1)式中:q。
为通过临界流喷嘴的质量流量;d为喷嘴喉部直径;C为喷嘴流出系数;C。
为临界流函数;JPo为喷嘴前气体的滞止压力;ro为喷嘴前气体的滞止温度;R为通用气体常数,其数值为8314.51J/(k・tool・K);M为空气千摩质量,其数值为28.9625kg/(k・m01)。
每一种口径的喷嘴在达到临界的条件不变时,通过喷嘴的质量流量也不变,这个特性成为校准流量计的理论基础。
2:—=.p上…….&~’≥:二==j,.(a)音速喷嘴/一/——\(b)音速文丘里喷嘴图1音速(文丘里)喷嘴截面形状图当气体处于亚音速时,喷嘴(管)喉部的气流将随节流压力比P1/Po减小而增大。
当P。
/Po小到一定值时,喉部流速达到最大流速一音速,即达到所谓的临界流。
工况和喷嘴喉部直径对引射器及制冷系统性能的影响作者:孟丽丽郭宪民任立乾来源:《绿色科技》2015年第05期摘要:[HT5”K]分别对采用拉法尔喷嘴和两段式喷嘴引射器的CO2跨临界两相流制冷系统在不同工况、几何尺寸下进行了实验研究。
实验结果表明:在固定几何尺寸条件下,气冷器出口温度和蒸发温度分别为43℃和6℃时,拉法尔喷嘴引射器和两段式喷嘴引射器的引射比均随着气冷器出口压力的升高先增大后减小,分别在850MPa和870MPa取得最大值;两种形式喷嘴引射器的引射比均随着气冷器出口温度的升高而升高;气冷器出口压力和温度分别为850MPa和43℃条件下,两段式喷嘴引射器的引射比在蒸发温度为4℃时取得最大值;两段式喷嘴引射器制冷系统的COP随着气冷器出口温度和压力的升高而降低,随着蒸发温度的升高而升高。
关键词:[HT5”K]二氧化碳;引射制冷系统;两段式;两相流1引言CO2制冷系统主要用膨胀机和引射器作为膨胀装置的替代装置来回收高压工质的膨胀功。
膨胀机具有较高的效率,但是其结构比较复杂,运动部件多,因此在制冷系统中常采用引射器代替膨胀阀,其具有两大优点:回收膨胀功(增大系统COP)和闪蒸分流(减小了蒸发器体积),并且引射器的结构简单、没有运动部件、造价低,取得传统制冷循环无法达到的节能效果。
国内外学者对以CO2为工质的引射制冷系统做了大量理论研究和实验分析。
MNakagawa 等人研究了引射器混合段长度对带回热器和不带回热器的CO2两相流引射制冷系统性能的影响,最优混合段长度使COP增加26%,而不合理的长度至少使得COP减少10%。
Krzysztof Bannasiak等人通过数值模拟和实验研究发现引射器性能主要依赖于混合段长度和直径,以及扩压室扩张角,实验得出的最优扩张角为5°,最优混合段长度和直径分别为30mm和3mm,另外,扩压室出口直径越大引射器性能越好,而数值计算结果,当扩压室角度大约为3°,混合段长度在20~25mm范围内取得最优性能。
d o i:10.3969/j.i ss n.1671 -5446.2010.04. 002* 影响喷油嘴喷孔流量系数关键参数的研究夏兴兰,许喆,郭立新,刘印( 中国一汽无锡油泵油嘴研究所,江苏无锡214063)摘要: 通过计算流体力学( CFD) 计算的方法,详细研究了喷油嘴喷孔流量系数随喷孔K 系数、入口圆角半径和喷油背压的变化的规律。
结果表明: 喷油嘴喷孔流量系数随喷孔K 系数的增加而增大,随喷孔入口圆角半径的增加而增大,并且,喷孔直径对喷油嘴喷孔流量系数增加幅度有重要的影响。
关键词: 喷油嘴; 流量系数; K 系数; 入口圆角半径中图分类号: T K423. 8文献标识码: A文章编号: 1671 -5446( 2010) 04 -0007 - 04Th e Study of K e y Pa r a m e t e r s A ff e c ti n g F l o w C o e ffi c i e n t of t h e N ozz l e H o l eXIA X i n g-l a n,X U Ze,GUO L i-x i n,L I U Y i n( FAW Wuxi Fu e l I n j ec t i o n E qu i pm e nt Research I n s t i tut e,W ux i214063,Ch i n a)Ab s tr ac t: Base d o n r e s u l t s of CFD ca l c u l a t i o n,f l o w coe ff i c i e nt of n ozz l e h o l e in d i ff e r e nt K-f ac t o r,r a d i u s of r ou nd ed i n l e t and b ac k pressure i s s tud i e d in d e t a il.The ca l c u l a t e d r es u l t s i nd i ca t e d that f l o w coe ff i c i e nt of n ozz l e h o l e i n c r eases as K factor or r a d i u s of r o und- ed i n l e t i n c r ea se,a nd the i n c r ease d a mp li tud e of f l o w coe ff i c i e nt i s l a r ge l y affe cted by d i a m e t e r of n ozz l e h o l e.K e y w o r d s: n oz z l e; f l o w coe ff i c i e n t; K f a c t o r; r a d i u s o f rou nd ed i n l e t1 研究方法概述引言喷油嘴偶件是柴油机供油系统的重要组成部分,喷油嘴喷孔的流量系数是喷油嘴偶件最重要的性能参数,它对柴油机的油耗、烟度、外特性曲线走向和排放等都将产生重要的影响[1]。
入口压力对汽蚀管流阻系数测量的影响胡仁众;李小明;王昕【摘要】汽蚀管流阻系数测量值是液体火箭发动机性能计算和调整的直接依据.针对液流试验中某些汽蚀管入口压力无法加压至额定值的问题,建立了流阻系数分析模型,研究了汽蚀管入口压力对流阻系数测量的影响,得出了流阻系数随入口压力变化的关系式及入口压力对流阻系数影响的修正公式,并对测量流阻系数的五级压力试验方法进行了评估.结果表明:入口压力增大,喉部等效流通面积减小,流阻系数增大;流阻系数随入口压力倒数的减小近似线性增大;额定入口压力两侧对称压力下的流阻系数偏差不同,压力减小引起的流阻系数偏差大于压力增大引起的偏差;五级流量法测定的流阻系数偏小,选取五级入口压力应尽量靠近额定入口压力或不对称选取;当试验入口压力均低于额定入口压力时,采用修正方法修正流阻系数测量值,可有效减小其偏差.【期刊名称】《火箭推进》【年(卷),期】2019(045)002【总页数】6页(P20-25)【关键词】液体火箭发动机;汽蚀管;入口压力;流阻系数;修正方法【作者】胡仁众;李小明;王昕【作者单位】西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100;西安航天动力研究所,陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V434.30 引言汽蚀管在汽蚀状态,流量不受出口压力影响,因此常用作液体火箭发动机的流量稳定装置。
为了获得发动机工况条件下的汽蚀管流阻系数,通常需要进行额定或相近工况的液流试验,试验采用五级压力测量并取其流阻系数的平均值作为汽蚀管流阻系数,以减小试验测量的随机误差。
然而液流试验汽蚀管入口压力变化会造成流体流动状态改变,影响汽蚀管流阻特性。
文献[1-5]应用CFD两相流数值仿真方法,采用不同计算流体力学模型研究了汽蚀管的工作特性,并与液流试验结果进行了对比。
文献[6]对汽蚀管喉部设置直线段后的汽蚀特性进行了仿真研究,得出该汽蚀管喉部设置直线段后,相对压力损失能降低2%左右,并分析了喉部直径、收敛角、扩张角、喉部圆角等汽蚀管内型面参数对流阻系数和相对压力损失的影响。
2mm喉径喷嘴入口段对其流出系数的影响李春辉(中国计量科学研究院热工所,北京100013)摘 要 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。
关键词 喷嘴;流出系数;喷嘴入口半径;数值模拟0 引言气体流量计量广泛用于能源计量,环境废气的监测,医疗领域的气体计量,药品、半导体、钢铁、石化等工业制造中的过程控制。
喷嘴(本文指具有圆环形喉部的临界流文丘利喷嘴)因无可动部件、准确度高等特点,在气体流量计量领域,经常被用来作为传递标准和标准表。
目前,我国以喷嘴作为标准表的气体流量标准装置已达几十套,每年量传的气体流量计数以数十万计。
1 喷嘴流出系数当喷嘴下游背压达到临界压力,通过喷嘴的流量达到最大,进一步降低喷嘴的下游压力,通过喷嘴的流量将不再增加。
对于理想气体,在一维、等熵的情况下,通过喷嘴的理想质量流量q m i为:q m i=A*C*p0R M T0(1)式中:R M=R0/M=8314 51/M[J/(kmol K)]为气体常数,M为分子量;A*= d2/4为喷嘴喉径处横截面积,d为喷嘴喉径;C*为临界流函数;p0为喷嘴前滞止压力;T0为气体滞止温度。
但对于实际过程,气体并非理想,过程也并不是一维、等熵。
因此,通过喷嘴的实际流量q m并不等于理想流量q mi,他们之间通过流出系数C d来关联:C d=q mq mi(2)流出系数作为喷嘴的一个非常重要的参数,人们对其进行了很多研究。
2005年,ISO9300[1]在综合以往研究的基础上给出了2 1 104<Re d<3 2 107范围内,普通加工喷嘴的流出系数与雷诺数间的关联式:C d=0 9959-2 720Re d(3)在喷嘴几何形状符合其要求的情况下,应用此式计算出流出系数的扩展不确定度可达0 3%(k=2)。
2 喷嘴形状对流出系数的影响已有研究喷嘴形状是实现并保持通过其流量稳定的关键,ISO9300[1]对其有明确的规定。
如图1所示,入口段AB是一段圆弧,扩散段BC为一段直线,两者在B点相切, 为扩散角。
入口AB段圆弧的半径R=(1 8~2 2)d,并且其轮廓与圆环形状的偏差应不超过 0001d,扩散角 =(2 5~6 0) 。
1995年,Park等[2]曾经对入口段几何形状对流出系数的影响进行过研究,得到的主要结论有:1)对于入口半径较小的喷嘴,R=0 5d(R为入口段圆弧的半径),由于入口段长度变短,入口段的流动分离导致流出系数降低;2)R=2d时,流出系数的值最大;3)对于较大的入口半径,R=4d,入口段的长理论与实验3图1 喷嘴轮廓度对流出系数的影响不明显;当入口段的长度小于d时,流出系数降低得比较明显。
2000年,Lavante等[3]曾对扩散角为2 5 、3 0 、4 0 、5 0 喷嘴的流场进行过模拟计算,并和试验结果进行了比较,结果表明:模拟和试验结果间有很好的一致性,扩散角的差异对于喉径为10mm喷嘴流出系数的影响很小。
3 喷嘴入口段对流出系数的影响虽然国际标准对喷嘴几何形状已进行了明确规定,但由于喷嘴特别是较小喉径喷嘴的加工困难,其形状可能会和国际标准存在一定的偏差。
下面就喷嘴形状对流出系数的影响进行初步研究,重点讨论喷嘴入口段形状对流出系数的影响。
3 1 试验测量对设计临界背压比为0 85,扩散角2 5 、4 0 、6 0 ,名义喉径2mm的3块喷嘴的流出系数进行试验测量。
试验在中国计量科学研究院热工所流量室的pVT t法气体流量基准装置上进行,装置的扩展不确定度为0 05%(k=2),流出系数的扩展不确定度为0 2%(k=2)。
试验前对喷嘴的喉径进行测量,测量结果的扩展不确定度为5 m(k=2)。
共进行两次试验,试验参数分别为:p0 =101 7kPa, T0 =297 56K,RH I=53%;p0 =102 2kPa,T0 =287 15K,RH II=70%。
表1给出了各喷嘴的实际喉径及两次试验的结果及式(3)计算的结果。
表1流出系数结果比较喉径(mm)扩散角试验 试验次数流出系数次数流出系数计算结果2 0426 0 40 979340 9804 2 0324 0 40 973420 9742 20212 5 30 962120 96370 9792从表1可以看出:对于名义喉径为2mm的3块喷嘴,只有扩散角为6 0 喷嘴的流出系数与按式(3)计算得到的预测结果间有很好的一致性,其他两块扩散角较小的喷嘴,流出系数呈现出明显的随着扩散角变小流出系数降低的趋势,最大偏差达到了1 72%,远远超过了经验公式的0 3%的预测偏差。
3 2 入口段形状测量为了对3块喷嘴流出系数产生差异的原因进行分析,计划对偏差最大的扩散角为2 5 喷嘴的轮廓进行测量。
目前,三坐标机是测量喷嘴轮廓的最佳方法,但受到三坐标机探头大小及测量深度的限制,目前能够测量喷嘴的最小喉径为5mm。
为实现对喉径2mm喷嘴轮廓的测量,对扩散角为2 5 的喷嘴进行了抛切。
图2 喷嘴几何参数示意图测量得到的入口半径为:R=4 4632m m(4)圆度为:a=R max-R min=0 056mm(5)各参数意义如图2所示。
从测量结果可以看出:喷嘴入口段曲面不是非常理想,其圆度与喉径的比值r=ad=2 77%,远远超过了国际标准规定的入口段轮廓与圆环面形状的偏差不超过 0 001d的规定。
入口半径也略超出了国际标准规定的R=(1 8~2 2)d。
3 3 数值计算为了研究入口半径对流出系数的影响,对入口半径R=1 5d、1 8d、2 2d、2 5d等4种情况喷嘴的流出系数进行了模拟计算。
理论与实验 4使用Fluent6 1软件模拟通过喷嘴的流动。
由于喷嘴为旋转对称体,流场可简化为二维轴对称,因此,仅对半个喷嘴进行了模拟。
由于喷嘴规则的几何形状,采用了结构化四边形网格。
计算中未考虑表面粗糙度的影响,壁面为绝热的换热条件。
滞止参数p 0=101325Pa,T 0=293 15K 。
模拟计算结果如图3所示。
图3 不同入口形状下喷嘴流出系数的模拟计算结果从模拟结果可以看出:1)在国际标准规定的扩散角范围内,不同扩散角相同入口段轮廓喷嘴的流出系数差异非常小。
在1 5d R 2 0d 范围内,完全重合;在2 0d <R2 5d 范围内,其差异的绝对值小于0 05%。
说明对于2mm 喉径的喷嘴,喷嘴扩散角对流出系数几乎没有影响。
2)当R =2 0d 时,喷嘴的流出系数最高,这与Park 等[2]的研究成果一致。
即使对于略超过国际标准规定的范围R =(1 5~2 5)d ,流出系数与最大流出系数的差异仅为0 33%。
4 结论本文通过对设计入口半径为喉径2倍,扩散角分别为2 5 、4 0 、6 0 ,名义喉径为2mm 的3个喷嘴流出系数的试验测量发现:不同扩散角喷嘴的流出系数试验测量结果间存在一定差异,最大差异达到了1 72%。
对扩散角为2 5 喷嘴进行抛切测量后发现:入口半径略超过了国际标准的规定,圆度远远超过了国际标准的规定。
在此基础上对喉径2mm,具有不同入口段形状的喷嘴进行了模拟计算,发现:相同入口半径、不同扩散角下,各喷嘴的流出系数几乎完全一样;当入口半径为喉径2倍时,流出系数达到最大。
对于略超过国际标准规定范围R =(1 5~2 5)d 喷嘴的模拟计算结果表明,流出系数的最大差异仅为0 33%。
鉴于扩散角及入口半径对喷嘴流出系数的影响非常小,对于喉径2mm 的喷嘴,造成相同喉径、不同喷嘴流出系数存在差异的主要原因很可能是喷嘴入口段较大的圆度。
参考文献[1]IS O 9300:2005(E),M easurement of gas flow by means of criticalflow Venturi nozzles,2005[2]K A Park Effects of i nlet shapes of cri tical Venturi nozzles on dis -charge coefficients Flow M easurement and Instrumentation,1995,6(1):15-19[3]E von Lavante,A Zach cial,D Zeitz,et al Effects of various geo -metric parameters on flow behavi or in sonic nozzles T he FLOWM EKO,2000,F6(上接第44页)6 结束语针对飞机电气参数测试系统对于测试精度的要求高,本文介绍了一种电气参数计量软件的设计与实现方法。
在实际的使用时,对某型飞机电气参数测试系统进行了测试,结果表明计量结果准确,计量准确度满足测试系统的要求。
该计量软件虽然是针对某型飞机电气参数测试系统进行的设计,但其设计思想仍然可以推广到很多电气参数测试领域,因而具有很高的参考价值。
参考文献[1]侯俊杰 深入浅出M FC 第二版[M] 武汉:华中科技大学出版社[2]王育监 Visual C++面向对象编程教程[M ] 北京:清华大学出版社,2000[3]中华人民共和国国家军用标准[S] 飞机供电特性及对用电设备的要求(GJB 181 86) 1986[4]陈有祺 软件工程引论[M ] 天津:南开大学出版社,2000[5]龚建伟,熊光明 Vis ual C++/T urbo C 串口通信编程实践[M ]北京:电子工业出版社,2004[6]刘顺兰,吴杰 数字信号处理[M ] 西安:西安电子科技大学出版社,2003理论与实验5。