微小临界流音速喷嘴流动特性研究
随着科学技术的发展，几乎所有的流体工程都不可缺少微小临界流音速喷嘴的应用，
尤其是在航空航天、汽车发动机等一些关键领域。微小临界流音速喷嘴具有结构简单、体
积小、制造成本低、噪音低、低耗能等特点，因而受到广泛的应用。
微小临界流音速喷嘴的工作原理是将静压能转换成动能，并通过流体加速器实现动能
换热，流体由静态到动态，由均匀态到不均匀态，从而形成微小正负脉动结构表面内差压。根据它的工作原理和挥发物质的动能变化，微小临界流音速喷嘴的流动特性决定了其主要
应用领域。
在实验中，微小临界流音速喷嘴具有明显的湍流特性，流动传播带有明显的近似均匀
分布、湍流损失和脉动涡旋特征。其主要流动特性包含以下几方面：通道内压力分布特性、区域湍流特性、耦合流动特性、内部结构的湍流损失特性和流场涡度分布特性。另外，喷
嘴流动还受到入口条件、发散体阻力、流体摩擦、湍流和固体壁面的影响。
上述研究结果表明，微小临界流音速喷嘴的流动特性对喷嘴的结构和材料形式有很大
的关系。喷嘴的几何形状对维持高效喷流有不可忽视的影响，而设计优化也是关键因素。
在此基础上，有必要对微小临界流音速喷嘴流动特性进一步深入研究，为新型微小临界流
音速喷嘴的研发和优化提供科学依据。
参考翻译：
基于上述分析，为了支持新型微小临界流音速喷嘴的研发和优化，我们有必要进一步
深入研究它的流动特性，以及与结构和材料形式的关系。
1 概述 1.1 主要计量标准器的工作原理、技术参数 该标准的工作原理是：根据气体动力学原理，当气体通过音速喷嘴时，喷嘴上、下游气流压力比达到某一特定数值的条件下，在喷嘴喉部形成临界流状态，气流达到最大速度（音速）。流过喷嘴的气体质量流量也达到最大值m q 。此时m q 只与喷嘴入口处的滞止压力和温度有关，而不受其下游状态变化的影响。本装置由主机部分、被检流量计检定台位、动力系统、计算机测控系统、辅助系统等部分构成主要计量标准器技术参数。 音速喷嘴式气体流量标准装置：测量范围（1~4000）3/m h ；准确度等级为±0.33%。 2 环境要求 见JJG633-2005《气体容积式流量计》 4.2.1检定温度：-10℃ ~40℃ 4.2.2大气压力：（86~106）kPa 4.2.3相对湿度：≤93 2.1 流量计最大允许误差 3 重复性 流量计的重复性应不超过最大允许误差的1/3 3.1 流量计应在1.1倍的公称压力下不漏气
4 通用技术要求 4.1外观 4.2检定标记 流量计应具有可靠的检定保护标记或检定封印。 4.3流向标记 对于指示装置只有一个流动方向有确定读数的流量计应有箭头表示此方向。 4.4表盘标记 制造许可证、制造厂、编号、生产日期、最大流量、最小流量、型号规格、最大工压力、温度范围等等要清晰。 5（流量计）检定/校准步骤 在以下测量过程中观察各计量标准器及相关配套设备的工作状况，确认良好后才能开展检定/校准项目，如有异常情况发生立即停止相关工作，做好记录，并报有关负责人处理。 1、外观检定 2、密封性试验 2、示值误差检定 3、重复性检定 5.1具体操作步骤： 1.合上电柜电闸，打开主机箱和移动机箱电源。 2.打开电脑，双击打开“美捷测试_音速喷嘴”软件，点击“检测”，观察当前温度， 压力等显示是否正常，一切正常后开始下一步工作。 3.首先对所检定的流量计进行外观检查，看流量计是否有破损，流量计显示仪表通电 是否正常，合格后，对铭牌信息进行登记，如：型号、编号、生产厂家、口径、流量范围等，登记完毕后根据不同的流量计确定检定方式，如三线制、摄像头等。 4.将被检流量计安装在对应口径的管路上，完成夹表，并正确进行接线。（如：三线 制红色线接24V、黑色线接负、绿色线接脉冲。摄像头检定：摄像头最后一位对准字轮最后一位数字）被检表的温度和压力需选择对应管路处的温度传感器和取压口进行连接，注意气体流动方向不能接错。一切就绪后进行下一步。 5.在电脑流量计软件的“检测”界面下进行参数设置，设置完成后提交参数。 6.选择所需检定的流量点，点击单步进行检测或选择连续进行检测。 7.选择单步进行检测时需注意手工切换流量点。
pvtt装置检测音速喷嘴原理 PVTT装置是一种用于检测音速喷嘴的装置，它能够精确测量音速喷嘴的参数，为相关研究和应用提供准确的数据支持。本文将介绍PVTT装置的原理和工作方式，并探讨其在实际应用中的重要性。 PVTT装置是基于PVTT（Pressure-Volume-Temperature-Time）方法的原理而设计的。该方法通过测量喷嘴周围空气的压力、体积、温度和时间来计算音速喷嘴的参数。PVTT装置主要由压力传感器、体积测量装置、温度传感器和计时装置组成。 在PVTT装置中，压力传感器用于测量喷嘴周围空气的压力。通过测量压力的变化，可以得到空气在喷嘴周围的压力分布情况。体积测量装置则用于测量空气在喷嘴周围的体积。通过测量体积的变化，可以了解空气在喷嘴周围的流动情况。温度传感器用于测量空气的温度，而计时装置则用于测量流动过程中的时间。 PVTT装置的工作过程如下：首先，将PVTT装置放置在音速喷嘴周围，并启动计时装置。然后，PVTT装置开始测量空气的压力、体积、温度和时间。通过对这些数据的处理和分析，可以计算出音速喷嘴的参数，如流速、密度和温度等。 PVTT装置在实际应用中具有重要的意义。首先，它可以帮助研究人员了解音速喷嘴的性能和特性。通过测量音速喷嘴的参数，研究人员可以评估其流动特性、热力特性以及与周围环境的相互作用等。
这对于优化和改进音速喷嘴的设计和应用具有重要意义。 PVTT装置还可以应用于相关领域的研究和开发中。例如，在航空航天、能源和环境等领域，音速喷嘴被广泛应用于流体控制、燃烧和喷射等过程中。通过使用PVTT装置，研究人员可以准确测量音速喷嘴的参数，为这些应用提供可靠的数据支持。 PVTT装置是一种用于检测音速喷嘴的装置，它通过测量压力、体积、温度和时间等参数，计算出音速喷嘴的性能和特性。它在研究和应用中具有重要的意义，能够为相关领域的研究和开发提供准确的数据支持。随着科学技术的不断发展，相信PVTT装置将在未来的研究和应用中发挥更大的作用。
临界流音速喷嘴气体流量标准装置 一、概念解释 临界流音速喷嘴气体流量标准装置，是一种用于测量气体流量的装置。在工业生产和科学研究领域，对气体流量的精准测量是至关重要的。临界流音速喷嘴气体流量标准装置利用了临界流音速原理，通过气体的流速、温度和压力等参数，来确定气体流量的准确数值。它能够在各种工况下，提供高精度和稳定的气体流量测量，是一种非常可靠的气体流量标准装置。 二、工作原理 临界流音速喷嘴气体流量标准装置的工作原理基于临界流的特性。在气体流动过程中，当气体流速达到临界流音速时，气体的流量与压力、温度等参数呈现一定的函数关系。临界流音速喷嘴气体流量标准装置利用这一特性，采用严格的流动控制和测量技术，通过实时监测和计算气体流速、压力和温度等参数，来准确地测量气体流量。 三、结构和组成 临界流音速喷嘴气体流量标准装置主要由喷嘴、流量计、温度传感器、压力传感器等部件组成。喷嘴是整个装置的核心部件，通过喷嘴的设计和流道的优化，能够实现气体临界流的稳定产生。流量计是用于测量气体流速的装置，通过与其他传感器的配合，可以实现对气体流量的高精度测量。温度传感器和压力传感器则用于实时监测气体的
温度和压力变化，是保证气体流量测量精度的重要环节。 四、应用领域 临界流音速喷嘴气体流量标准装置广泛应用于各种行业和领域。在 工业生产中，它常用于气体流量计量和流量标定，能够确保生产过程 中气体流量的稳定和精准。在科学研究中，它常用于气体动力学研究 和实验室气体流量测量，能够为科研人员提供可靠的实验数据。 五、个人观点 临界流音速喷嘴气体流量标准装置作为一种高精度的气体流量测量 装置，对于确保工业生产和科学研究中气体流量的精准测量起着至关 重要的作用。它的出现和广泛应用，为气体流量测量提供了一种高效、可靠的解决方案，有助于推动相关领域的发展和进步。 六、总结 临界流音速喷嘴气体流量标准装置是一种基于临界流音速原理的气 体流量测量装置，通过对气体流速、温度和压力等参数的精准测量， 实现了对气体流量的高精度测量。它在工业生产和科学研究中具有重 要的应用价值，为气体流量的精准测量提供了一种可靠的解决方案。 这篇文章对于临界流音速喷嘴气体流量标准装置进行了全面的介绍和 评估，从概念解释到工作原理、结构和组成、应用领域，以及个人观 点和总结，都涵盖了相关内容。阅读本文，相信对于临界流音速喷嘴
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计 临界流文丘里喷嘴是一种常见的流体控制装置，广泛应用于工业生产和科研领域。在 喷嘴设计和优化过程中，数值模拟是一种有效的工具，可以帮助工程师们快速地理解和优 化喷嘴的性能。本文将详细介绍临界流文丘里喷嘴的数值模拟及优化设计过程，并通过案 例分析展示其实际应用价值。 一、临界流文丘里喷嘴数值模拟原理 临界流文丘里喷嘴是一种能够将压力能转化为动能的装置，其工作原理是通过喷嘴的 收缩部分将流体加速至超声速，从而产生高速的气流。在数值模拟中，常用的方法是通过 计算流体动力学（CFD）模拟喷嘴内部的流场，以获得喷嘴的流动特性和性能参数。在模拟中，需要考虑喷嘴的几何结构、流体密度、温度、速度等参数，以确保模拟结果的准确 性。 二、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计方法 1. 建立模型：首先需要根据实际喷嘴的几何结构建立数值模拟模型，包括喷嘴的入口、出口、收缩段和扩散段等部分。 2. 设定边界条件：根据实际工况设定模拟的边界条件，包括流体的入口速度、出口 压力、喷嘴表面的壁面条件等。 3. 求解流场：利用CFD软件对模型进行流场的数值求解，得到喷嘴内部的流速、压力、温度等参数分布。 4. 分析与优化：根据数值模拟结果，分析喷嘴的流场特性和性能参数，通过调整喷 嘴的几何结构或流体参数进行优化设计，以提高喷嘴的效率和可靠性。 三、临界流文丘里喷嘴数值模拟优化设计案例分析 以某工业设备中的临界流文丘里喷嘴为例，进行数值模拟优化设计分析。该喷嘴的工 作流体为高温高压气体，需要在限定的空间中提供足够的动能以满足工艺需求。 通过以上案例分析可见，临界流文丘里喷嘴的数值模拟优化设计在工程实践中具有重 要的应用价值，可以帮助工程师们快速地理解喷嘴的流动特性和性能参数，并提出有效的 优化方案。在实际工程中，数值模拟可以大大缩短设计周期，降低试验成本，提高产品设 计的准确性和可靠性，对于提高工程设计的效率和质量具有重要意义。
水力学中的流动特性和水力参数流动是自然界中重要的现象，它存在于各种不同的环境中，如流体力学、环境科学、化学等。水力学是研究水流运动规律及其与自然界相互作用的科学，涉及水的体积、速度、压力、密度等参数。水力学中的流动特性和水力参数是研究的重点，下面将对其进行介绍。 一、流动特性 流动特性是指液体在物理空间内运动的性质以及流体对环境产生的相互作用。它包括流动的速度、流量、湍流度、速度剖面、流线、模型相似理论等。在水力学中，流速是一种非常重要的概念，它影响着水体运动的各个方面，如水位、能量、力学等。 1. 流速 流速是指空间中单位时间内液体的流动速度，通常用米/秒或英尺/秒等单位表示。流速的大小与摩擦、惯性、压力等因素有关。流速在不同的水体中具有不同的物理特性，不同的液体在流动时有不同的运动规律。
2. 流量 流量是指单位时间内从设定截面通过的流体的体积，其计算公式为Q=VA，其中Q为流量，V为流速，A为截面面积。流量是水力学研究中的一个重要参数，它可以用来描述液体的流动状况和水体的用途等，例如测量水流量和水厂的输水能力等。 3. 湍流度 湍流度是指液体运动中具有的流动性质，它是流体力学中的一个重要概念。流体在运动时会产生湍流，湍流度是指液体分子流体运动时的连续性与随机性之间的平衡。湍流度的大小直接影响着流体的流动性质，它通常用来描述水流的变化性和复杂性。 4. 速度剖面 速度剖面是指在流体中，速度随距离变化而发生的变化规律。在水流中，因为水流分布的不均匀性，速度分布也会随之不同，
在河流上部和下部，因为受到的阻碍不同，速度分布也不同，我们可以通过绘制速度剖面来描述这些不同。 5. 流线 流线是在流场内运动的一种虚拟线，它是描述流体运动规律的重要手段，可以帮助我们理解在不同的液体流动情况中的运动规律。由于体积、惯性、压力等因素的不同，流线在不同的液体中呈现出不同的形态，我们可以利用数学模型对其进行描述。 二、水力参数 水力参数是描述水流运动规律的数学参数，已成为水力学研究领域的核心概念。它包括压强、液体密度、重力加速度、黏滞系数、雷诺数等，它们是水流运动规律的直接表现。下面简要介绍几个常用的水力参数。 1. 压强
超临界流体的流动特性与传热性能研究 超临界流体是指在临界温度和临界压力以上的高温高压条件下具有 气体和液体双重特性的物质。由于其具有独特的流动特性和传热性能，近年来引起了广泛关注和研究。本文将探讨超临界流体的流动特性以 及其在传热过程中的性能。 一、超临界流体的流动特性 超临界流体的流动特性受温度和压力的影响较大。在超临界条件下，流体的密度随温度增加而减小，同时粘度也随之减小。此外，超临界 流体在临界点附近表现出非常高的热胀性，这也会对流动特性产生重 要影响。 对于超临界流体的流动行为，研究人员普遍采用计算流体力学（CFD）模拟方法进行分析。CFD模拟可以预测超临界流体在管道或 其他流动装置中的速度分布、压力分布以及流体湍流特性等。通过仿 真和实验验证，研究人员发现，在临界点附近的超临界流体流动中， 常常存在剧烈的湍流现象，这将对热传递过程产生重大影响。 二、超临界流体的传热性能 超临界流体的传热性能是其研究领域中的一个关键问题。传热性能 主要受到流动状态、管道材料和传热介质等因素的影响。 传统流体的传热方式主要有导热和对流传热两种。而超临界流体由 于其特殊性质，传热方式更加复杂。在超临界条件下，流体的物性参 数发生剧烈变化，从而导致传热系数的非线性变化。此外，由于超临
界流体的高温高压性质，其对管道和传热表面的材料和性能要求也较高。 针对超临界流体的传热性能研究，研究人员通常采用传热系数和换 热效率等参数进行评估。通过实验和数值模拟，研究人员发现，超临 界流体在相同工况下具有更高的传热系数和更高的换热效率，相较于 传统流体具有明显优势。 三、应用前景与挑战 超临界流体的流动特性和传热性能使其在多个领域具有广泛的应用 前景。其中，超临界流体在化工、能源、环保等领域的应用较为突出。 在化工领域，超临界流体被广泛应用于溶剂的替代。由于其独特的 溶解性能和较高的传质速率，超临界流体在催化反应、萃取和催化裂 化等过程中展现出巨大的优势。 在能源领域，超临界流体被应用于传热介质和工质。超临界流体作 为传热介质具有较高的传热效率和换热系数，可以用于提高能源利用率。此外，超临界流体也可以作为工质用于制造超临界流体发电机， 具有较高的输出功率。 然而，超临界流体的应用也面临一些挑战。由于超临界流体在高温 高压条件下的特殊性质，对设备和材料的要求较高。此外，超临界流 体的流动特性和传热性能需要进一步研究和改进，以满足实际工程应 用的需求。
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计 摘要：本文研究了文丘里喷嘴的临界流问题，通过数值模拟，分析了文丘里喷嘴的流 动特性和临界流现象，并对其进行优化设计。本研究结果表明，通过优化文丘里喷嘴的结 构参数，可以使其在获得更大的临界流时降低喷射噪声和振动。 一、引言 文丘里喷嘴是一种常用于气体喷射、推进器和火箭喷口中的零件。在喷射过程中，喷 嘴的流动特性对喷射效果有着很大的影响。其中，文丘里喷嘴的临界流问题一直是研究的 热点之一。临界流现象通常会导致喷射噪声和振动，影响喷射效果和使用寿命。因此，有 必要对文丘里喷嘴的临界流问题进行深入研究和优化设计。 二、数值模拟方法 本研究采用计算流体力学（CFD）方法对文丘里喷嘴的流动特性进行数值模拟。首先，建立了文丘里喷嘴的三维模型，并利用FLUENT软件对其进行数值计算。采用标准的k-ε 湍流模型对喷嘴内的流动进行计算，同时考虑喷嘴壁面粗糙度对流动的影响。计算过程中，设置喷嘴入口压力和温度，以得到喷嘴内的流场分布和临界流参数。 基于数值模拟结果，得出了文丘里喷嘴的流场分布和临界流现象。其中，临界流速度 为510m/s，喷射流的最大速度为732m/s。同时，模拟得到了临界流下的压力和温度变化趋势，表明在临界流状态下，压力和温度显著增加，会导致喷射噪声和振动的增加。 四、优化设计 基于数值模拟结果，本研究对文丘里喷嘴的结构参数进行了优化设计。主要采用了以 下两种方法： （1）设计喷嘴的进流道段，采用曲面形式，使流体流入后形成过渡段，减少流体的湍流强度和压力波动。 （2）设计喷嘴的出流道段，使出口处流道逐渐扩张，减少喷射噪声和振动。 通过优化设计，将文丘里喷嘴的临界流速度提高到550m/s，同时有效降低了喷射噪声和振动水平，提高了喷射效果和使用寿命。 五、结论
直流式消防水炮喷嘴内流动特性的数值研究作者：童丕荣 来源：《科技创新导报》2017年第16期 摘要：采用标准湍流模型，用Fluent软件模拟研究了直流式消防水炮喷嘴内流场的速度和压力分布规律的影响。研究结果表明：直流式消防水炮喷嘴在临近出口处存在较大的压力梯度和速度梯度，在出口后形成较大的卷吸角，影响射流长度，收缩角在13°～40°内，随着收缩角的增大，流量系数逐渐减小。 关键词：数值模拟直流式消防水炮喷嘴射流 中图分类号：TU998.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0091-02 直流式消防水炮具有大流量、远射程的优点且喷嘴造型简单，加工比较容易，被广泛装备使用[1]。喷嘴是消防水炮最重要的结构之一，喷嘴内部的流动状态对射流的稳定性、速度的均匀性、方向性和轴向静压梯度等产生重要影响，进而影响射流的射程。 随着对消防水炮性能的要求越来越高，人们为此展开了广泛的研究。KA Salam等[2]研究了消防炮的水力特性，分析了喷嘴出口边界与内部流动状态以及结构、流量参数和射流射程的关系并得出了消防炮射流射程的理论表达。Christopher等[3]分析了水炮喷嘴流动边界层厚度对水炮射流性能的影响，推导出了描述水炮射流起始段核心流域长度的表达式并通过实验对结果进行了验证。Grahame等[4]研究了炮身几何形状对消防炮性能的影响，发现炮身轴线与主管道弯管的轴线在同一竖直面内时，可有效减少后座产生的力矩，防止水炮出现自旋转。 1 物理模型 消防水炮喷嘴的主要结构包括：主管道直径D，出口直径d，收缩角α，收缩段长度L。设计参数依照PS50型消防水炮：工作压力1.0 MPa，额定流量50 L/s，主管道D=80 mm，喷嘴出口d=38 mm[5]。收缩段长度L由α确定，α取值为13°～40°，分别建立不同的收缩角喷嘴模型（图1）。 2 数学模型 采用ICEM软件创建三维模型并划分结构化网格， Fluent模拟边界条件设置为：进口条件采用压力进口，为1 MPa，出口采用压力出口，设置为大气压力，壁面选择无滑移壁面条件。计算采用分离隐式求解器，压力场和速度场的耦合采用SIMPLE算法，迭代的压力、动量和湍流度均采用二阶迎风格式，各变量的收敛残差设置为10-4。 3 计算结果分析
流体力学中的流体流动特性 流体力学是研究流体运动规律和特性的学科领域，涉及到流体的流动、压力、速度、流量等方面的研究。在流体力学中，了解流体流动 的性质和特性对于许多工程领域的设计与优化至关重要。本文将从三 个方面，即流体的流动类型、流体的速度分布以及流体的流动稳定性，来探讨流体力学中的流体流动特性。 1. 流体的流动类型 在流体力学中，流体的流动可以分为层流和湍流两种类型。层流是 指流体沿规则的路径流动，流体分层有序，粒子相对位置相对稳定。 层流主要发生在低速流动和管道内部的流动中，如细管内的液体流动。相反，湍流是指流体流动时的剧烈扰动，呈现出无规则、复杂的流动 状态。湍流会导致流体混合和能量损失增加，常见于高速流动和表面 粗糙的情况下。 2. 流体的速度分布 在流体力学中，经典的速度分布规律是根据流体在管道内的流动状 态而得出的。根据这些规律，可以推导出流体速度与流道截面位置的 关系，从而了解流体流动过程中的速度分布特性。常见的速度分布曲 线包括泊肃叶斯定律和平均流速曲线。泊肃叶斯定律描述了流体在管 道内的速度分布，表明在层流状态下，流体的速度在管道中心处最大，并随着离开管道中心位置的增加而逐渐减小。而平均流速曲线则描述 了流体的平均速度与管道截面位置的关系，通常呈现出慢变快的趋势，与泊肃叶斯定律相对应。
3. 流体的流动稳定性 流体的流动稳定性是指流体流动过程中是否容易出现不稳定现象， 如涡旋、涡流和分离等。流动稳定性对于一些工程应用至关重要，如 飞行器的空气动力学性能和油气输送管道的可靠运行。在流体力学中，雷诺数是描述流动稳定性的重要参数。当雷诺数小于一定临界值时， 流体流动稳定，层流状态占主导；当雷诺数超过该临界值时，流体流 动不稳定，湍流状态占主导。因此，可通过调节流体的雷诺数来控制 流动的稳定性。 总结起来，流体力学中的流体流动特性主要包括流体的流动类型、 流体的速度分布以及流体的流动稳定性。了解和研究这些特性对于工 程设计和优化具有重要意义，有助于提高工程的效率和可靠性。在实 际应用中，需要根据具体问题选择合适的流体力学理论和方法进行分析，以便更好地理解和预测流体的行为。
基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析 王丽辰;朱云;郑哈;蔡晴 【摘要】针对目前无法对小喉径的临界流文丘里喷嘴内部流场进行检测的缺点,在建立喷嘴数学及物理模型的基础上,运用Fluent软件对喷嘴的内部流场进行模拟仿真.鉴于喷嘴结构对其流出系数及临界背压力比有较大的影响,通过数值模拟的方法对喷嘴内部不同位置处的速度场、压力场进行了分析,将仿真所得到的喷嘴的流量和临界背压力比同理论计算值和通过标准检定装置测试得到的实测值进行比较,并绘制了质量流量与背压力比的仿真及实测关系图,据此提出了在喷嘴制造方面上的建议. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2013(013)034 【总页数】6页(P10392-10396,10402) 【关键词】临界流文丘里喷嘴;Fluent;流出系数;临界背压力比 【作者】王丽辰;朱云;郑哈;蔡晴 【作者单位】中国计量学院机电工程学院,杭州310018;中国计量学院机电工程学院,杭州310018;中国计量学院机电工程学院,杭州310018;中国计量学院机电工程学院,杭州310018 【正文语种】中文 【中图分类】TP391.9
临界流文丘里喷嘴又称为音速喷嘴。因其准确度高、重复性好等特点而在气体流量的测量领域内作为传输标准和标准表被广泛应用。音速喷嘴的结构是实现临界流并保持的关键，其具体的依据是国际标准ISO 9300［1］。本文描述的是圆筒形喉部喷嘴，其结构如图1所示。 图1 圆筒形喉部喷嘴轮廓 图1中标注了对圆筒形喉部喷嘴各部分的尺寸要求。1为入口段，是一段1/4圆环，其一端与入口平面相切，另一端与圆筒形喉部相切;2为喷嘴扩散段;3为直径最小的喉部区。在对临界流文丘里喷嘴进行检定时，保持喷嘴上游入口处的滞止压力p0不变，逐渐的减小喷嘴出口的背压力比。当背压力比达到一个临界值时，通过喷嘴的气体在喉部处的速度为当地音速，此时气体的质量流量也达到最大。进一步降低背压力比，气体流量将保持不变。 流出系数Cd是表征临界流文丘里喷嘴流量特性的重要指标。依据JJG 620—2008的相关规定，当流出系数的重复性优于其要求的1/2时，可以检定3次，超过这个范围的话则应检定6次。流出系数的计算公式为 式(1)中，qm为实际流量，可由检定装置测得;qm1为理想流量，可通过理论计算得到;A为喉部面积，据测得的喉部直径计算得到;p0、T0、ρ0分别为滞止压力、滞止温度、滞止密度，由喷嘴前的测量仪器得到。 本文取理论标准流量为1.2 m3/h的临界流文丘里喷嘴作为研究对象，采用CFD ［2］软件对其流场进行数值模拟，分析所得到的速度场及压力场，并对仿真结果与在检定装置上的测试结果进行分析比较。 1 模型的建立 1.1 Fluent软件
线性可调音速喷嘴工作特性仿真 成鹏;李清廉;张新桥;康忠涛;陈慧源 【摘要】The mode transition of combined-cycle engine makes it necessary to throttle the mass flow rate of propellants continuously and stably.Aiming at gaseous propellant,a throttleable sonic nozzle was designed on the basis of normal sonic nozzle.The throttleable sonic nozzle achieves continuous throttling through a plug moving along axis.By adopting the twice-envelope method,the contour of the plug was designed to satisfy the linear characteristic of mass flow rate.Performances of the throttleable sonic nozzle were investigated through the numerical simulation of computational fluid dynamics.It is found that the mass flow rate is independent under the back pressure when the back pressure is lower than the critical back pressure and the critical back pressure ratio increases as mass flow rate decreases.The linear relationship between mass flow rate of linear throttleable sonic nozzle and location of plug was verified and results show that the discharge coefficient is high and hardly be affected by the location of plug.%为了满足组合发动机模态转换的要求，连续稳定调节推进剂流量十分关键。为此，针对气体推进剂，在常规音速喷嘴的基础上设计了一种可调音速喷嘴。通过塞锥改变音速喷嘴的节流面积，进而实现流量的连续调节。采用两次包络线方法设计塞锥型面，使得可调音速喷嘴具有线性的流量特性。采用计算流体动力学数值仿真研究可调音速喷嘴的工作特性。仿真结果表明反压小于临界反压时，可调音速喷嘴流量不受反压影响。可调音速喷嘴保持临界状
喷管中气体流动特性实验 1. 实验目的 喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能与喷管中气体流动过程有着密切系。本实验以大气为气源，以喷管后的真空泵为动力，用真空罐稳定反压，通过调节阀随意调节反压，使气流以不同的速度流经喷管。可达到以下目的： ⑴ 观察气流流经喷管时沿各截面压力的变化； ⑵ 在各种不同工况下观察压力的变化和流量的变化，着重观察临界压力和最大流量现象。 2. 实验原理 ⑴ 渐缩喷管 气体流经渐缩喷管时气流速度不断增大， 压力、温度却不断减少，（见图2.1）出口 压力与进口压力之比β = p 2/p 1，β称为压力比， βc 称为临界压力比， 1 1c 12 -⎪⎭ ⎫ ⎝⎛+== βk k cr k p p 气体在渐缩喷管中由p 1膨胀到p 2 = p cr ，这是最充分的完全膨胀。此时气流达到当地音速a 。 当背压p b 大于临界压力p cr 时，p 2 = p b ，出口流速小于a ；当背压p b 等于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ；当背压p b 小于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ，但气流一旦离开出口截面就会突然膨胀，在喷管外降到背压p b (见图2.2) 。 ⑵ 缩放喷管 气体流经缩扩形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A 2和喷管中最小截面积A min 的比值。 喷管在设计条件下工作时，气流完全膨胀，出口截面的压力p 2 = p b ，在最小截面A min 上，气流达到临界速度，压力为临界压力。在进入喷管渐扩段后，气流继续膨胀，转入超音速流动，压力不断减小。见图2—3中的曲线1。气流在缩 扩形喷管中流动时，如果背压p b 高于出口截面压力p 2，此时 气流膨胀过度，难 以流出喷管渐扩段，在背 图2.1
超音速和亚音速喷嘴对可调式喷射器性能的影响 金旭;于跃;陈作舟;党超镔;刘忠彦 【摘要】以探针轴向移动的可调式喷射器为研究对象,对超音速和亚音速两种喷嘴配置的喷射器性能进行了实验和模拟研究.结果显示:喷嘴出口驱动流流动特性与喷射器性能有着密切关系,且是导致两种喷嘴配置的喷射器性能调节差异性的主要原因.对于超音速喷嘴,喷嘴出口驱动流状态随探针位置发生改变,而亚音速喷嘴无此变化特性.通过探针调节喷射器性能过程中,当超音速喷嘴出口驱动流为理想膨胀时,系统处于最优运行状态;而当驱动流为过膨胀时,将产生压缩激波,系统性能降低,且低于亚音速喷嘴.进而,提出了两种配置喷嘴的选择方案. 【期刊名称】《化工学报》 【年(卷),期】2018(069)004 【总页数】7页(P1405-1411) 【关键词】喷射器;喷嘴配置;可调节;激波;R134a 【作者】金旭;于跃;陈作舟;党超镔;刘忠彦 【作者单位】东北电力大学能源与动力工程学院,吉林省吉林市132012;东京大学新领创成科学研究科人间环境专业,日本千叶277-8563;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林省吉林市132012;东京大学新领创成科学研究科,日本千叶277-8563;东京大学新领创成科学研究科,日本千叶277-8563;东北电力大学能源与动力工程学院,吉林省吉林市132012 【正文语种】中文
【中图分类】TB61 喷射器作为一种热能驱动的增压流体机械及混合反应设备，被广泛应用于能源和化工等多个领域[1-2]。在制冷空调领域中，喷射器与太阳能、工业余热等低品位能 源相结合，其系统具有开源节能减排特征[3-4]。但喷射制冷技术，因喷射器效率 过低，且变工况时系统性能显著降低，其推广应用受到限制[5-6]。为此国内外学 者对喷射器结构、系统循环流程以及工质选择等展开了多方面研究，提出了相关优化设计方案[7-14]。针对室外环境工况波动及太阳能不稳定性等导致的系统性能衰减，各国学者对可调式喷射器进行了深入研究[15-17]。结果显示，可调式喷射器 通过探针调节驱动喷嘴喉部面积，可有效解决不稳定性热源造成的系统稳定性问题，其在太阳能喷射式制冷系统中应用尤为重要。 对于超音速喷嘴可调式喷射器(图1)，其内部结构具有两个面积比参数，即喷嘴出 口与喷嘴喉部面积比(ARet)和喷射器混合段与喷嘴喉部面积比(ARmt)。此两个面 积比与喷嘴出口、扩压器入口激波的形成及其产生位置有着密切关系。当运行工况恒定时，ARet决定着喷嘴出口压力(Pe)，而Pe与引射流压力(Ps)的关系决定着喷嘴出口驱动流的流动特性和喷嘴出口激波形式[18-20]，且Pe=Ps时，驱动流为理想膨胀，喷嘴出口处不可逆能量损失最小[21]。而ARmt与扩压器入口激波的形 成有着密切关系，决定着喷射器运行模式[20-22]，且确定的ARmt仅与一种运行工况的最优性能对应[23]。然而，可调式喷射器变工况调节时，喷嘴喉部面积随探针位置而变化，并改变着ARet和ARmt，系统最优喷嘴喉部面积需综合考虑喷嘴出口和扩散器入口两部分的不可逆能量损失。因此，为确定可调式喷射器变工况调控策略，分析喷嘴面积与喷射器性能关系及喷射器内驱动流的流动特性，显得尤为重要。此外，为简化喷嘴并弱化喷嘴结构的影响，学者对亚音速喷嘴可调式喷射器进行了研究[24-25]，尽管亚音速喷嘴无法实现喷嘴出口驱动流理想膨胀，但其相 关研究对喷射器理论实际应用具有重要指导意义。
喷射器内气液流动与混合性能的研究 本文旨在探讨喷射器内气液流动与混合性能的问题，研究采用实验方法进行。在喷射器内，气液两相流的流动和混合过程受到多种因素的影响，如流体特性、喷射器结构、操作条件等。为了深入了解这些因素对流动和混合性能的影响，本文从以下几个方面展开研究。 关键词：喷射器、气液两相流、流动特性、混合性能、流体特性、操作条件、实验研究 喷射器在工业生产中有着广泛的应用，如化工、能源、环保等领域。喷射器内的气液两相流系统是一种复杂的多尺度、多物理场耦合系统，其流动和混合性能受到多种因素的影响。为了优化喷射器的设计和操作，提高混合性能，需要对这些影响因素进行深入的研究。 在过去的研究中，许多学者对喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能进行了研究。根据这些文献，我们发现喷射器的结构、操作条件以及流体的物理特性对流动和混合性能有着显著的影响。 喷射器结构的影响：喷射器的结构对气液两相流的流动和混合性能有着重要的影响。例如，喷射器喷嘴的设计、喉部直径、扩散角度等都会影响气液两相流的流场分布和混合效果。
操作条件的影响：操作条件如喷射压力、气体流量、液体流量等也会对流动和混合性能产生影响。例如，随着喷射压力的增加，气液两相流的流速和混合效果会提高。 流体特性的影响：流体的物理特性如密度、粘度、表面张力等也会对流动和混合性能产生影响。例如，粘度较大的液体在喷射过程中更容易形成液膜，从而提高混合效果。 基于文献综述的结果，我们设计了一套实验方案，以研究喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能。实验采用可视化实验装置，包括高速摄像机、显微镜、光源、图像采集和处理系统等。实验材料包括不同粘度的液体和不同压力的气体。实验过程中，我们通过改变喷射器的结构参数和操作条件，对流动和混合性能进行系统的研究。 通过实验，我们得到了以下关于喷射器内气液两相流的流动特性和混合性能的 喷射器结构对流动和混合性能的影响：随着喷嘴出口直径的减小，气液两相流的流速和混合效果增强。这是因为喷嘴出口直径的减小增加了流体流出喷嘴时的速度和动能，从而提高了气液两相流的湍流度和混合效果。
u值临界值 u值是指流体在管道中的流速，是通过单位横截面积内液体通过的体积。当流体的流速接近临界值时，其流动状态会发生变化，这种状态称为临界流动。本文将探讨临界流动的特点和影响因素。 一、临界流动的特点 临界流动是指当流体的流速接近一定值时，由层流向湍流转变的现象。在临界流动状态下，流体中的分子不再保持有序的排列，而是产生混乱的湍动。与层流相比，临界流动具有以下特点： 1.1 流动阻力增大 在临界流动状态下，流体的流动更加混乱，分子之间的相互作用增强，导致流体的阻力增大。这也是为什么在管道内流速接近临界值时，需要增加更大的压力才能保持流体的稳定流动。 1.2 能量损失增加 由于临界流动状态下流体流动更加混乱，摩擦力的作用增强，从而导致流体的能量损失增加。这也意味着在临界流动状态下，相同体积的流体通过管道所需的能量更多，效率更低。 1.3 噪音和振动增加 临界流动状态下流体的湍流运动会产生噪音和振动，对管道和设备的运行稳定性造成影响。因此，在设计和运行管道系统时，需要考虑临界流动对噪音和振动的影响，采取相应的措施进行减震和降噪。
二、影响临界流动的因素 临界流动的发生受到多种因素的影响，主要包括以下几个方面： 2.1 管道直径和形状 管道的直径和形状是影响临界流动的重要因素。通常情况下，较小直径的管道更容易产生临界流动，而较大直径的管道则相对稳定。此外，管道的形状也会对临界流动产生影响，例如弯曲或收缩处更容易产生湍流。 2.2 流体性质 流体的性质对临界流动也有重要影响。不同的流体具有不同的粘度、密度和流变性质，这些性质会影响流体的流动状态。一般来说，粘度大的流体更容易产生临界流动。 2.3 流速 流速是影响临界流动的关键因素之一。当流速接近一定值时，流体的流动状态会发生转变，从层流向湍流转变。因此，在设计和运行管道系统时，需要合理控制流速，以避免临界流动的发生。 2.4 温度和压力 温度和压力也会对临界流动产生影响。温度的升高会降低流体的粘度，从而增加临界流动的可能性。而压力的增加则有助于稳定流体的流动，减少临界流动的发生。