临界流文丘里喷嘴在高空模拟试车台中的应用分析
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计引言文丘里喷嘴是一种能够将液体或气体加速至高速的装置，被广泛应用于航空航天、化工、汽车等领域。
在实际工程中设计喷嘴时，需要考虑各种因素，如流体性质、喷嘴结构、流场特性等。
在这些因素中，流场特性是一个重要的指标，它直接影响着喷嘴的性能。
对喷嘴的流场进行数值模拟并进行优化设计，能够帮助工程师们更好地理解喷嘴的工作原理，为喷嘴的性能提供优化设计方案。
本文将介绍临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计的方法与结果。
一、文丘里喷嘴的基本原理文丘里喷嘴是一种流体动力学装置，通过喷口的几何形状和喷口内部压力的变化，使流体在喷口内获得一个足够大的动能。
其工作原理基于质量守恒定律和动量守恒定律，在理想状态下，文丘里喷嘴内部的流动是定常、非粘性、不可压缩、无旋转、均匀的。
喷嘴内部流动的动态特性决定了其性能，因此研究喷嘴内部流场对于优化设计具有重要意义。
二、数值模拟的方法为了研究文丘里喷嘴的流场特性，数值模拟成为一种高效、经济、有效的研究方法。
在进行数值模拟时，首先需要建立喷嘴的几何模型，包括喷口的形状、尺寸和边界条件等。
然后利用计算流体力学（CFD）软件，通过求解流动的连续性方程、动量方程和能量方程，来模拟喷嘴内部的流动。
数值模拟可以得到喷嘴内部的流动速度、压力、温度和其他流场参数，进而分析流动特性。
在模拟过程中，需要对网格划分、边界条件的设置和求解算法的选择进行合理的设置，以保证模拟结果的准确性。
三、数值模拟的结果通过数值模拟，我们得到了文丘里喷嘴内部的流场分布。
通过对模拟结果的分析，我们可以看到在喷嘴的进口处流速较低，压力较高，而在喷嘴的收敛段速度逐渐增加，压力逐渐降低。
在喷嘴的喉部，流速达到最大值，压力最小。
接着在扩散段流速逐渐减小，压力逐渐增加。
最终，在喷嘴出口处流速逐渐增加，压力逐渐降低。
除了流速和压力之外，我们还可以得到喷嘴内部的其他流场参数，如温度、密度等，这些参数对于喷嘴的设计和性能分析都具有重要的作用。
临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的技术探讨
构、 原理 、 设计 制造进行技术探讨和分析 。 关 键词： 临界流文丘利喷嘴 ； 临界压力 比； 滞止容器
中图分类号 ： Ｔ Ｐ ６ 文献标识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ４ １ ０ ． ５ ５
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４— ６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ３ ． ０ ２ ５
Ｌ ｉ Ｊ ｕ ｎ
标准Ｉ 临界 流 文 丘利 喷 嘴 （ 以下 简 称 喷 嘴 ） 是 临界 流 文 丘利 喷 嘴法 气 体 流 量 标 准装 置 （ 以下 简 称 装 置 ） 的核
Ｐ“
２
Ｐ０
， ｃ＋１
心元件 。装置是以喷嘴组作标准表 、 以空气作 为稳定气 源、 采用吸人式负压检定方式来 检测气体流量计。装置 可 以检测 质量 流量 计 、 涡街 流量 计 、 涡 轮 流量 计 、 气 体 容 积 式 流量计 等 。装 置 结构 如 图 １ 所 示
Ａ × ｃ×ｃ ×Ｐｏ
图 １
动力 装 置 一 般 选 择 水 环 式 真 空 泵 ， 配置 冷却塔 、 水
‰ — ｊ 一
式 中： ｇ 一喷嘴在实际条件下的质量流量 ， ｋ ｇ ／ ｓ ； ｃ 一 气 体在 实 际条 件下 的 临界 流 函数 ， 由查 表 计算 得 出 ； Ｃ 为 流 出系数 ， 由试 验 的方法 得 出 ， 喷嘴送 检 由上一 级计 量检 测 部 门给 出 。 滞 止 容器 的形 状 ， 中 间为 长 圆 筒 面 ， 两端 为椭 球 面 ， 水平放 置 。滞 止容 器 不 宜过 大 ， 滞 止容 器 的壁 厚 应 当满 足一定 要 求 ， 否则在 使 用 过 程 中会 产 生 较 大 的 噪 音 和振 动 。一 般 壁厚 为 ８ ｍ ｍ 以上 。根 据实 验证 明 ， 开启 小 喷 嘴 检测 小流 量 时 ， 过大 的滞 止 容 器 会对 流量 稳 定 性 造成 影 响， 尤其是在检涣 ４ 气体腰轮流量计 等具有运动部件的流 量计时 ， 始动或运行过程 中的卡顿现象所引起的流量波 （ 下 转第 ５ ２页 ）
临界流文丘里喷嘴在高空模拟试车台中的应用分析
临界流文丘里喷嘴在高空模拟试车台中的应用分析苏金友; 田金虎; 袁世辉; 李腾【期刊名称】《《燃气涡轮试验与研究》》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】6页(P16-21)【关键词】航空发动机; 高空模拟试车台; 临界流文丘里喷嘴; 空气流量; 装置设计【作者】苏金友; 田金虎; 袁世辉; 李腾【作者单位】航空发动机高空模拟技术重点实验室四川绵阳621000; 中国航发四川燃气涡轮研究院四川绵阳621000【正文语种】中文【中图分类】V2311 引言空气流量是评定发动机性能的一个重要参数，其测量方法多种多样，目前应用较多的有称重流量计、涡街流量计、节流孔板、伯努利双扭线钟形口空气流量计、亚声速文丘里管、临界流文丘里喷嘴以及组合临界流文丘里喷嘴等装置。
其中，前三种不适宜高空模拟试车台使用；后三种均属于面积-速度测量法，测量准确度可达±0.4%，且结构简单易加工，多为航空发动机试验设备所采用[1-2]。
国外高空模拟试车台空气流量测量主要有两种方式：一种是采用伯努利双扭线钟形口流量计，多用于海平面试车台；另一种是采用临界流文丘里喷嘴装置(以下简称喷嘴，单个或多个组合)，置于进气稳压室内，可满足宽范围空气流量的高精度测量要求，通过改变(打开/关闭)喷嘴数量以适应不同空气流量的测量。
国外，应用组合临界流文丘里喷嘴(ACFVN)测量方式的主要有美国的阿诺德工程发展中心、波音公司、福特和普惠公司的试车台[3-6]。
国内，对ACFVN 空气流量测量方法的研究相对较少。
其中，湖南株洲动力机械研究所开展了11个喷嘴组合测量空气流量的应用研究[7]，解决了大管径小流量测量精度低的问题。
其余的则多是在常温常压下对大流量气体量具采用并联多个标准声速喷嘴进行标定应用。
高空模拟试车台上应用ACFVN 装置气流条件具有高、低温和正、负压特点，同时对测量段下游流场品质要求较高，这与常温常压下采用该气体流量测量/校准装置的应用存在较大的技术差异。
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计1. 引言1.1 研究背景临界流文丘里喷嘴是一种在航空航天领域广泛应用的重要推进器件，其性能直接影响着航天器的推进效率和稳定性。
因此，对临界流文丘里喷嘴的研究具有重要意义。
随着计算机技术的发展和数值模拟方法的不断完善，利用数值模拟手段对临界流文丘里喷嘴进行优化设计已成为现代航空航天研究的重要方向。
然而，在实际工程应用中，尚存在许多问题亟待解决，如喷嘴结构的优化设计、流场特性的查询等。
因此，进一步深入研究临界流文丘里喷嘴的工作原理，开展数值模拟方法及优化设计的研究具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟及优化设计的方法，探讨临界流文丘里喷嘴的性能特点，提高其推进效率和稳定性，为我国航空航天领域的发展提供有效支持。
1.2 研究意义临界流文丘里喷嘴的研究意义主要体现在以下几个方面：临界流文丘里喷嘴在航空航天、火箭发动机等领域具有重要的应用价值。
通过对其进行数值模拟和优化设计，可以提高发动机的效率和性能，从而实现更好的推进效果。
研究临界流文丘里喷嘴可以为相关领域的工程设计提供更科学、更精准的参考依据。
在设计新型喷嘴或对现有喷嘴进行改进时，通过深入研究其工作原理和优化设计方法，可以有效地提高设计的成功率和效果。
对临界流文丘里喷嘴的研究还有助于推动相关技术的发展和创新。
通过不断优化设计和实验验证，可以探索新的喷嘴结构和工作原理，为未来的技术发展打下基础，促进行业的进步和提升。
研究临界流文丘里喷嘴具有重要的理论和实际意义，对于推动相关领域的发展具有积极的意义。
1.3 研究目的研究目的是为了探究临界流文丘里喷嘴在流体力学领域的应用潜力，通过数值模拟分析和优化设计方法，揭示其内部流动特性和性能表现。
具体目的包括：1. 深入了解临界流文丘里喷嘴的工作原理，探讨其在流体控制和喷射技术中的作用机制；2. 探讨各种数值模拟方法在临界流文丘里喷嘴性能预测和优化设计中的应用优势和局限性；3.探索基于数值模拟的优化设计方法，提高临界流文丘里喷嘴的效率和稳定性；4. 进行实验验证，验证数值模拟结果的准确性，并分析实验数据与模拟数据的吻合程度；5. 分析研究结果，总结临界流文丘里喷嘴的性能特点和优化设计方向，为工程应用提供科学依据和技术支持。
临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置的改造与优化
大庆油田油气水计量检定站作为大庆油田企业流量最高计量机构，在用的临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置，投产于2012年，受限于当时的技术条件，检定效率渐显疲软，已无法满足现今的检定工作。
油气水计量检定站通过与中国测试技术院合作，分析影响装置检定效率的因素，并对装置进行优化改造。
装置通过一年的运行，真正实现了节能降耗和提质增效的目的。
临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置的改造与优化向丽萍陈淼黄奕欣陈迪平（中国测试技术研究院流量研究所）摘要：因大庆油田油气水计量检定站临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置整体检定效率低下，经过研究与分析，提出该装置整体技术水平受技术条件局限和年限制约，存在影响检定的六类问题。
针对相应问题，通过采取气环泵和水环泵配合使用、改变变频器使用方式、填装自检漏系统、增加待检仪器吹扫设备、加装自动连接装置、加装高清摄像头、改进上游实验管段、增加水循环系统等九个方法对临界流文丘里喷嘴气体流量标准装置进行改造和优化。
改造后，装置整体检定效率提高57%，同时，经过改造，还达到年节电约10×104kWh 的效果，年节省电费15万元以上。
关键词：气体流量标准装置；变频器；自检漏系统DOI :10.3969/j.issn.2095-1493.2023.03.010Transformation and optimization of gas flow standard device for critical flow venturi nozzleXIANG Liping，CHEN Miao，HUANG Yixin，CHEN DipingFlow Research Institute of National Institute of Measurement and Testing TechnologyAbstract：Due to the low overall calibration efficiency of gas flow standard device for critical flow venturi nozzle at the oil and gas water metrology calibration station of Daqing oilfield，the overall tech-nical level of the device，through the research and analysis，is proposed to be limited by technical con-ditions and annual restrictions with the six types of problems that affect calibration．In view of the cor-responding problems，the gas flow standard device of critical flow venturi nozzle was transformed and optimized by adopting nine methods that are composed of using a gas ring pump in conjunction with a water ring pump，changing the way to use frequency converter，filling in self-testing leak system，adding the instrument purging equipment to be tested，retrofitting the automatic connection devices，adding the HD camera，improving the upstream experimental pipe section and adding the water circu-lation system．After the modification，the overall calibration efficiency of the device has increased by 57%．At the same time，through the transformation，the annual electricity saving is about 10×104kWh and the annual electricity cost is saved over 150000yuan ．Keywords：gas flow standard device；frequency converter；self-testing leak system第一作者简介：向丽萍，高级工程师，2007年硕士毕业于西南交通大学（电气工程学院），从事流量计量技术研究，136****7260，***************，四川省成都市成华区玉双路10号，610021。
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。
临界流文丘里喷嘴精度与加工工艺解读
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４— ６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ５ ． １ ０ ． ０ ２ ６
Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐｒ ｅ ｔ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｏ ｎ Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ
参数 的影 响 ， 使得 仪表 的测 量 范 围 （ 压力 、 温度 、 和流量）
般性 基本 要求 ， 它 表 述在 流 体 经 过 的 节 流通 道 表 面 必
须光 洁 细 抛光 处理 ） ， 经 过普 通 加 工 和精 确 加 工 的成 品 喷 嘴粗糙 度 Ｒ ０分别 不超 过 １ ５×１ ０ ｄ和 ０ ． ０ ４ Ｉ ｘ ｍ。如 ：
Ｔ ２ １ １ ８ ８— ２ ０ ０ ７ ／ Ｉ Ｓ ０ ９ ３ ０ ０： ２ ０ ０ ５） 中规定 的临界 流文丘 里喷嘴的形状及精度要求 ， 对其进行精确解读 ， 以利于保证喷嘴的加工制造精度及实 际中的准确应用 。
关键词 ： 临界流文丘里喷嘴 ； 流量计 ； 加 工工 艺 中图分类号 ： Ｔ Ｆ ３ ２ ５ ． ６ ７ 文献标识码 ： Ａ 国家 标 准 学 科 分 类 代 码 ： ４ ６ ０ ． ４ ０ ３ ０
喷嘴 喉径 ｄ＝１ ０ ｍ ｍ， 在 此 区间普 通加 工和 精确 加工 的粗
几 乎不 受 限制 。此外 ， 利 用喷 嘴 出 口扩 压段 ， 可 以使 总 的
压 力损 失 限制 在 喷 嘴上 游 压 力 的 １ ０ ％ 左 右 。在 喷 嘴 喉 径 与管 径之 比较 小 时 ， 可 以通 过 测 量 管 壁 静 压代 替滞 止
糙度 尺 ０分别 控制 在 ０ ． １ ｍ 和 ０ ． ０ ４ ｍ 以内。
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。
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试 车 台 中 的 应 用 分 析 严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严
Application analysis of critical flow venturi nozzle in altitude simulation test facility
SU Jin-you1，2，TIAN Jin-hu1，2，YUAN Shi-hui1，2，LI Teng2 (1. Key Laboratory on Aero-engine Altitude Simulation Technology，Mianyang 621000，China；
2. AECC Sichuan Gas Turbine Establishment，Mianyang 621000，China) Abstract：In order to precisely measure the air flow under the low Reynolds numbers in the altitude simula⁃ tion testing, to reduce the influence of the air flow surface layer in the intake duct and weaken the correla⁃ tion between the air flow measurement and the tested engine, the working characteristics of the single piece critical flow venturi nozzle(CFVN) were analyzed by numerical simulation. The calculation method of the air flow of the array of critical flow venturi nozzle(ACFVN) were explained. ACFVN structure suitable for the al⁃ titude simulation test facility(ASTF) was designed, and the aerodynamic working characteristics were simu⁃ lated and analyzed. The design and application method of ACFVN in ASTF was got, and the results could provide foundation for the implementation of the ACFVN in ASTF. Key words：aero-engine；altitude simulation test facility；critical flow venturi；mass flow；device design
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摘 要：为精确测量航空发动机高空试验低雷诺数进气条件下的空气流量，减小进气导管气流附面层影响，弱化空气 流量测量与被试发动机的相关性，采用数值仿真方法分析了单个临界流文丘里喷嘴(CFVN)的工作特性，阐述了组合 临界流文丘里喷嘴(ACFVN)空气流量计算方法。设计了适用于高空模拟试验设备(ASTF)的 ACFVN 结构，并对其气动 工作特性进行了仿真分析，获得了 ACFVN 在 ASTF 上的设计和应用方法。研究成果对待建高空模拟试验设备完成 ACFVN 设计及后续在 ASTF 上的实施奠定了基础。 关键词：航空发动机；高空模拟试车台；临界流文丘里喷嘴；空气流量；装置设计 中图分类号：V231 文献标识码：A 文章编号：1672-2620 (2019) 04-0016-06
第 32 卷 第 4 期
பைடு நூலகம்
16
2019 年 8 月
燃气涡轮试验与研究 Gas Turbine Experiment and Research
Vol.32, No.4 Aug., 2019
临 界 流 文 丘 里 喷 嘴 在 高 空 模 拟 严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严严
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1 引言
空气流量是评定发动机性能的一个重要参数， 其测量方法多种多样，目前应用较多的有称重流量 计、涡街流量计、节流孔板、伯努利双扭线钟形口空 气流量计、亚声速文丘里管、临界流文丘里喷嘴以及 组合临界流文丘里喷嘴等装置。其中，前三种不适 宜 高 空 模 拟 试 车 台 使 用 ；后 三 种 均 属 于 面 积 - 速 度 测 量 法 ，测 量 准 确 度 可 达 ±0.4% ，且 结 构 简 单 易 加 工，多为航空发动机试验设备所采用 。 [1-2]