氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置噴嘴設(shè)計(jì)及流出系數(shù)修正

1、瞄鎏圈囝氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置噴嘴設(shè)計(jì)及流出系數(shù)修正木單純利王瑞嶺（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，沈陽(yáng)）摘要扼要闡述了臨界流文丘里噴嘴法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的基本工作原理，詳細(xì)介紹了系列臨界流文丘里噴嘴喉部育徑設(shè)計(jì)方法；提出了噴嘴流出系數(shù)修正的必要性和計(jì)算公式。關(guān)鍵詞臨界流文丘罩噴嘴；氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置；噴嘴喉部直徑設(shè)計(jì)；流出系數(shù)修正：引言黎明航發(fā)集團(tuán)為滿足企業(yè)能源計(jì)量需求，研制完成一套正壓法音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，標(biāo)準(zhǔn)裝置核心部分采用臨界流文丘里噴嘴組。吼。音速文丘里噴嘴工作原理臨界點(diǎn)如噴嘴（管）是個(gè)孔徑逐漸縮小的流道，孔徑最小的流道部分稱為噴嘴的喉部。不帶擴(kuò)張管的噴嘴稱之為

2、音速噴嘴或臨界流噴嘴，形狀如圖（）所示；帶擴(kuò)張管的噴嘴稱之為音速文丘里噴嘴或臨界流文丘里噴嘴，形狀如圖（）所示。音速噴嘴和臨界流文丘里噴嘴下作原理是相同的。圖中：。為上游壓力，為下游壓力。既圖音速噴嘴流量、節(jié)流壓力比關(guān)系圖詈砌等（）式中：。為通過(guò)臨界流噴嘴的質(zhì)量流量；為噴嘴喉部直徑；為噴嘴流出系數(shù)；。為臨界流函數(shù)；為噴嘴前氣體的滯止壓力；為噴嘴前氣體的滯止溫度；為通用氣體常數(shù)，其數(shù)值為（）；為空氣千摩質(zhì)量，其數(shù)值為（）。每一種口徑的噴嘴在達(dá)到臨界的條件不變時(shí)，通過(guò)噴嘴的質(zhì)量流量也不變，這個(gè)特性成為校準(zhǔn)流量計(jì)的理論基礎(chǔ)。：上：二，（）音速噴嘴一（）音速文丘里噴嘴圖音速（文丘里）噴嘴截面形狀圖當(dāng)氣

3、體處于亞音速時(shí)，噴嘴（管）喉部的氣流將隨節(jié)流壓力比減小而增大。當(dāng)。小到一定值時(shí)，喉部流速達(dá)到最大流速一音速，即達(dá)到所謂的臨界流。此時(shí)，若。不變，再減小。，流速將保持不變，即不受下游壓力的影響。在臨界狀態(tài)下，通過(guò)噴嘴的流量如圖所示。這寸，通過(guò)噴嘴的質(zhì)量流量。只與噴嘴入口處的滯止壓力和溫度有關(guān)，而不受下游狀態(tài)變化的影響。質(zhì)量流量公式為系列音速文丘里噴嘴設(shè)計(jì)音速文丘里噴嘴在校準(zhǔn)裝置中作為流量傳遞標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選用沒(méi)有凹坑、氣孔、不夾有雜質(zhì)、有穩(wěn)定性熱膨脹特性的不銹鋼材加工。音速文丘里噴嘴由標(biāo)準(zhǔn)裝置和擴(kuò)散段組成，之間銜接過(guò)渡要平滑，無(wú)毛刺。經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定，音速文丘里噴嘴氣體流量準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于。在滿足壓力、溫度的

4、條件下，可校準(zhǔn)的流量范圍為基金項(xiàng)目：國(guó)防軍工計(jì)量“十五”科研項(xiàng)日（）±量蕉薟！螋：萬(wàn)方數(shù)據(jù)，累計(jì)流量為多個(gè)噴嘴的組合值。輔助計(jì)算折合質(zhì)量流量計(jì)算查閱流量測(cè)量節(jié)流裝置手冊(cè)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（。，）下，空氣的密度。最小喉徑計(jì)算按本裝置表壓力（絕對(duì)壓力）為下限設(shè)計(jì)，滯止溫度?。ǎ钚『韽綄?duì)應(yīng)的氣體流量為（質(zhì)量流量為）。輔助計(jì)算數(shù)據(jù)根據(jù)式（）一（）的計(jì)算結(jié)果，可確定最小喉徑本氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的流量州范圍為，則相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量為偏：紫（對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)條件下的各參數(shù)為。；。；×肌磊）肛×。蔽。）（）計(jì)算音速噴嘴喉部。條件下的尺寸屯臨界流函數(shù)計(jì)算查閱表，在本標(biāo)準(zhǔn)裝置工作溫度和工作壓力范圍

5、內(nèi)的數(shù)值表如表。表溫度（）絕對(duì)壓力（）如（，（撬厝將式（）變形為×石五麗百而麗×豇砸廠一（）履瓜亓叉面污空氣臨界流函數(shù)（節(jié)錄）一采用迭代法求妃。先設(shè)。，令，代入式（）妃計(jì)算根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)律，采用最小二乘法，可擬合為埔。×（）瓜一一。×。冗×××式中：為絕對(duì)壓力（）；為溫度（）?？諝怵ざ取埃ǎ┑挠?jì)算可按指數(shù)方程計(jì)算口×（）再計(jì)算流出系數(shù)×嚴(yán)×（）將流出系數(shù)再代入式（），計(jì)算可得，式中：為熱力學(xué)溫度。系列噴嘴喉徑設(shè)計(jì)計(jì)算噴嘴喉部類型選擇本標(biāo)準(zhǔn)裝置音速噴嘴選用圓環(huán)形喉部結(jié)構(gòu)。因?yàn)榫哂羞@種喉部的噴嘴，按標(biāo)準(zhǔn)

6、規(guī)定，其流出系數(shù)的計(jì)算公式如式（）所示，不像圓筒型喉部那樣按雷諾數(shù)大小分段使用兩個(gè)公式。×如×（礦麗石）（）一般經(jīng)過(guò)兩次迭代，所求得的喉徑數(shù)值即可滿、足設(shè)計(jì)要求。其它噴嘴喉徑計(jì)算按本裝置的設(shè)計(jì)流量范圍，共設(shè)計(jì)個(gè)噴嘴，前個(gè)的流量依次成倍增大，最后個(gè)補(bǔ)足流量上限。各噴嘴的喉徑計(jì)算方法重復(fù)所（）述過(guò)程，具體計(jì)算結(jié)果如表。表噴嘴號(hào)對(duì)應(yīng)流量（）喉徑（）系列噴嘴喉徑萬(wàn)方數(shù)據(jù)噴嘴流量和總流量的計(jì)算對(duì)于同一個(gè)噴嘴，由式（）可知，表壓力、流函數(shù)比。和滯止壓力比詐的乘積，即口。，×（）于是表壓力下的各噴嘴流量可按下的流量乘以得到，具體計(jì)算結(jié)果如表。與下的流量比。等于流量系數(shù)比表表握力

7、（）各噴嘴流量和累加總流量號(hào)數(shù)單個(gè)累加單個(gè)累加噴嘴流出系數(shù)修正經(jīng)過(guò)檢定后的音速噴嘴，通常在檢定證書中會(huì)度修正，該修正對(duì)于低雷諾數(shù)（相當(dāng)于小流量）情況下顯得尤為重要。比如，當(dāng)雷諾數(shù)、和，時(shí)，流出系數(shù)的修正值為，相當(dāng)于的引入誤差，此誤差與音速噴嘴的總體準(zhǔn)確度給出噴嘴的流出系數(shù)，和流出系數(shù)對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)把、滯止壓力和滯止溫度。（各數(shù)據(jù)下標(biāo)中的字母表示在校準(zhǔn)狀態(tài)，一般為標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)）。而值得注意的是，本正壓法裝置實(shí)際應(yīng)川的音速噴嘴工作的滯止壓力不同于負(fù)壓法標(biāo)準(zhǔn)裝置，不可能固定在。附近，通常隨著氣源壓力變化而變化，滯止壓力變化范圍達(dá)到倍；滯止溫度瓦。的變化相對(duì)小的多，但也有可能在小范嗣內(nèi)變化。如何對(duì)檢定得

8、到流出系數(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用中的修正，成為一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。根據(jù)式（）可知，在校準(zhǔn)滯止壓力?！靶?zhǔn)滯止溫度。條件下和實(shí)際滯止壓力。、滯止溫度條件下對(duì)應(yīng)的流出系數(shù)分別為式（）和式（）。將式（）減去式（），并整理得一二相當(dāng)。流出系數(shù)的修正必要性可以得到充分說(shuō)明。結(jié)論通過(guò)對(duì)臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置系列噴嘴設(shè)計(jì)及流出系數(shù)修正方法的計(jì)算和分析，可以得到以下點(diǎn)結(jié)論：）氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的臨界流文丘里噴嘴盡可能選用圓環(huán)形喉部結(jié)構(gòu)，從根本上消除了圓筒型喉部按雷諾數(shù)大小分段使用兩個(gè)公式給設(shè)計(jì)計(jì)算帶來(lái)的諸多不便。）臨界流文丘里噴嘴的設(shè)計(jì)應(yīng)以氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)流量范圍的下限為起點(diǎn)，銜接噴嘴流量依次成倍增大，最后個(gè)補(bǔ)足流量上限。本設(shè)計(jì)方法對(duì)于任何檢定流量點(diǎn)都可以由各噴嘴組合得到，其差值不超過(guò)起點(diǎn)下限噴嘴流量。）在應(yīng)用臨界流文丘里噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)氣體流量計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，在低雷諾數(shù)（小流量）情況下，必須進(jìn)行音速噴嘴流出系數(shù)的實(shí)際工作狀態(tài)的修正。（）【一（船出）一】（）由式（）可知，不同滯止溫度和滯止壓力下雷諾數(shù)之比等于對(duì)應(yīng)質(zhì)量流量之比，代入式（）可得【一（。，。）一】（）又由式（）可知一：墜×（爭(zhēng)）