临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴算法及比较
临界流文丘里喷嘴算法及比较作者：冯春辉来源：《大东方》2019年第10期摘要：针对标准规程中喷嘴质量流量的具体计算方法未明确给出，结合实际介绍了临界流文丘里喷嘴质量流量计算的常用算法，算法中明确了各参数具体的计算步骤，指明计算中参数使用注意事项，防止在计算中出现错用造成计算结果误差，对参与质量流量计算中个别参数的其他算法进行论述，分析算法间结果数据的差异。
关键词：喷嘴;流出系数;临界流函数0 引言临界流文丘里喷嘴由于其性能稳定、结构简单、计量精度高等特点，通常被作为实流高压气体的次级标准装置，用来校准工作级传递标准或高准确度的被检流量计，针对临界流文丘里喷嘴流量计算算法相对复杂且较多，规程中计算方法与实际使用的往往不符及标准规程算法未具体明确，本文结合GB/T21188《用临界流文丘里喷嘴测量气体流量计》[1]，GB/T21446《用标准孔板流量计测量天然气流量》[2]以及流量计检定站系统内常用算法，对临界流文丘里喷嘴的算法和注意事项进行简要介绍，对参与质量流量计算中个别参数的其他算法进行介绍，并对算法结果差异进行比较。
1 临界流文丘里喷嘴质量流量计算临界流指达到临界压力比时，流过喷嘴的气体质量流量达到最大，气体在喉部达到当地音速，此时的流动称为临界流。
进一步降低背压比，通过喷嘴的质量将保持不变。
临界流文丘里喷嘴质量流量计算方法较多，目前在各检定站通常采用以下方法计算质量流量，在已知：气体组分;上游直管段内径D20及材质，喷嘴喉部直径d20及材质（D20和d20通过几何检定可知）;上游绝对压力P1，上游绝对温度T1（变送器直接测量获得的绝对压力和绝对温度）情况下，按照实际条件下临界流量的计算公式计算，公式为：1.1 Ant喷嘴喉部横截面积计算由于温度会引起金属材质变形，因此在实际计算中需要考虑温度对上游直管段內径及喉径的影响，计算公式如下：3 计算实例例：普通加工圆环形喷嘴计量管路上游变送器数值为：P1=8.60185Mpa，T1=27.68971℃，上游管道材质为20#钢（线膨胀系数为11.16*10-6mm/（mm·℃）），喉部为10#钢（线膨胀系数为11.6*10-6mm/（mm·℃）），该喷嘴的标称体积为410m3/h;根据校准证书知喉径d20=25.1314mm，上游直管段内径为D20=106mm;根据校准证书雷诺数和流出系数证书拟合的a=0.998549842，b=11.21282265，n=0.5;4 结论从以上的讨论和分析中可以得出以下结论：（1）从文中算法的比较可以看出使用不同方法计算喷嘴质量流量时，算法差异会造成结果间存在明显偏差。
临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置
临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置（Critical Flow Venturi Nozzle Gas Flow Standard Device）一、引言临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置是一种用于测量气体流量的标准装置。
它基于临界流原理和文丘利喷嘴法进行设计和制造，用于提供准确、可靠的气体流量标准。
本文将详细介绍该装置的结构、原理、制造和使用方法等。
二、结构和原理1. 结构临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置由三个主要部分组成：压力源、喷嘴和流量计。
压力源用于提供一定范围内的恒定压力，喷嘴是由一组收缩和扩散截面构成的管道，流量计则用于测量通过喷嘴的气体流量。
2. 原理临界流文丘利喷嘴法基于流体动力学原理，通过控制气体的压力和温度，使气体达到临界流状态，即喷嘴入口部分的流速等于声速。
在临界流状态下，气体的密度变化可忽略不计，从而实现了气体流量的准确测量。
三、制造过程临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置的制造过程主要包括以下几个步骤：1. 装配压力源：选择合适的压力源，如气缸压力表等，按照设定要求进行装配和连接。
2. 制作喷嘴：根据设计要求，制作喷嘴的收缩和扩散截面。
一般采用不锈钢材料，通过机械加工或激光切割等方法进行加工。
3. 制作流量计：选择合适的流量计，如差压传感器、质量流量计等，根据设定要求进行装配和连接。
4. 装配喷嘴和流量计：将制作好的喷嘴和流量计按照设计要求进行装配和连接，确保喷嘴和流量计间的密封性。
5. 调试和校准：进行装置的调试和校准工作，包括确定恒定压力源的压力范围、校准流量计的准确度等。
四、使用方法使用临界流文丘利喷嘴法气体流量标准装置进行气体流量测量时，需要按照以下方法操作：1. 连接气体源：将待测气体源连接至喷嘴的入口处，确保连接牢固，无泄漏。
2. 设定压力：根据测量要求，设定合适的压力源压力，并稳定一段时间，使气体进入恒定流动状态。
3. 测量流量：通过流量计测量喷嘴出口的气体流量，并记录。
水力喷射酸化喷嘴流场模拟计算及参数优化
技术进行 辅助压裂 和酸化作业 。哈里伯顿公 司及 国
成 了一套理论 上 比较科学 、 工艺上 比较成 熟 、 工具 设 备 比较 完善 的主导 性增 产技术 。但 是长 期 以来 ， 由 于储 层 的非 均质性 、 层和井 筒 污染状 况 的不确定 地
外其它一 些技术服 务公司在施工 过程 中将连续 油管
嘴 外部流场 的因素， 为现场施工提供依据 。
关键词 ： 水力喷射 ； 喷嘴； 数值模拟 ； 参数优化 中图分类号 ：Ｅ １ Ｔ ３９ 文献标识码 ： Ａ
Ｓｍｕａｉｎｃｌｕａｉｎａ ｄｐ ｒ ｍｅｅ ｐｉ ｚｔ ｎｏ ｅ ｏ ｅｄｏ ｙ ｒｌ ｔｎ ｉ ｌｔ ｃ ｌｔ ｎ ａ ａ ｔｒｏ ｔ ａｉ ｆｈ ｗｆ ｌ ｆ ｄ ｏｉｊ ｔ ｇ ｏ ａ ｏ ｍｉ ｏ ｔ ｆ ｉ ｌ ｈ ｃｅ ｉ
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ａ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｆｃ ｔｏ ｚ ｌ ｃ ｄｉ ａ ｉ ｎ ｎｏ ｚ ｅ ｉ
Ｄｕ Ｂｉ ｘｎ ｎｇ ｉ
（ｏ４Ｏｌ ｒｄ ｃ ｏ ｌｎ Ｄ ｑｎ ｉ ｅｄＣ ｍ ａｙ ６ Ｃ Ｄ ｑ ｇ Ｈ ｉ ｎｊ ｎ ３ ０ ， ｈｎ） Ｎ ． ｉＰ ｏｕ ｔ ｎ ａ ｔｆ ａｉｇＯｌ ｌ ｏ ｐ ｎ， ＷＰ ， ａｉ ， ｅｌ ｇｉ ｇ１ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ Ｐ ｏ ｇ ｎ ｏ ａ ６
ｏ ｔｉ ｅ ｆ ｗ ｆ ｌ ｓ ｏ ｎｄ ｒ ｃｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｚ ｌ ｉ ｈ ｔ ｆ ｗ － ｈ ｓ ｏ ｎ ｚ ｌ ｔ ａ ｒ ｔｃ ｉ ｇ ｇ ｓ ａ ｄ ｌ ｕ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔ ａｌ ｕ ｓｄ ｏ ｅ ｄ ｆｕ ｉ ｉｅ ｔｏ ａ ｗ ｏ ｚｅ ｗ ｔ ｔａ ｏ ｐ ａ ｅ ｆ ｗ ｏ ｚｅ ｗｉ ｇ ｓｐ ｏｅ ｔ ａ ｎ ｉ ｉ ， ｈ ｏ ｅｉ ｌ ｌ ｉ ｌ ｆ ｈ ｏｔ ｌ ｈ ｎ ｑ ｃ ｙ
文丘里管空化装置设计与数值模拟
ｅ ｕ ｏ ｓ ｔ ｒ ｔｄ ｖ ｐ ｒｐ ｅ ｓ ｒ ｆ ｈ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｅ ｉｎ ｐ ｎ ｉ ｌ ａ Ｖｅ ｔ ｒ ｔ ｂ ｙ ｒ ｄ ｍｉ ａ ｉ ｔ ｎ ｅ ｕ ｐ ｎ ｅ ｑ ａ ｔ ａｕ ａｅ ａ ｏ ｒ ｓｕ ｅ ｏ ｅ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｓ ｄ ｓｇ ｒ ｃｐ ｅ， ｎ ｕ ｉ ｕ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｖ ｔ ｉ ｑ ｉ ｍｅ ｔｉ ｄ — ｌ ｔ ｉ ｎ ａｏ ｓ
ｓ ｎ ｄ Ｉ ｉ ｔｎ ｅ ｒｔ ｅｏ ｓ ｒａ ｉｎ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｍｕ ｓ ｉｄ ｏ ｌ ａ ｔｗａｅ ｅ ｌｉ ｅ ｉ ａ ｉ ｔ ｎ Ｎ ｍｅ ｃ ｉ ｌ． ｉ ｅ ． ｔ ｓｉ ｅ ｄ ｄ ｆ ｂ ｅ ｖ ｔ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｔ ｇ ｎ ｏ ｈ ｏ ｉ ｔ ｅ ｌｉ ｅ ｉ ｗ ｓｅ ｔｒｉ ｄ ｍｕ ｓｆ ｄ ｗ ｔ ｃ ｖ ｔ ｉ ． ｕ ｒ ａ ｓｍｕ ａ ｆ ｓ ｉ ｈ ａｏ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｏ ｅｄ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｉ ｈ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｓｃ ｒ ｅ ｕ ｙｕ ｅ ｏ ｌ ｅ ｔｓ ｆ ｒ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄｃ ｔ ｈ ｔ ｈ ｎ ｕ ｉ ｕ ｅ ｉ ｎ ｏ ｗ ｆ ｌ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｕ ｐ ｎ ａ ｒ ｄ ｏ ｔ ｓ ｆ ｕ ｎ ｏ ｔ ｅ Ｔ ｅｒ ｓ ｌ ｎ ｉａ ｅ ｔａ ｅＶｅ ｔ ｒ ｔ ｂ ｌ ｆ ｉ ｉ ｃ ｎ ｉ ｉ ｂ Ｆ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃｃ ｖ ｔｔ ｎ ｅ ｕ ｐ ｎ ｅ ｉｎ ｄ ｅ ａ ｌ ｏ ｉ ｄ ｃ ａ ｉ ｔ ｎ ｏ ｅ ａ ｇ ｅ ． ｔｉ ｆ ａ ｉ ｌ ｈ ｏ ｅ ｉ ａｌ ｏｂ ｐ ｌ ｄ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ａ ｉ ｉ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｓｇ ｅ ｎ ｂ ｅｔ ｕ ｅｃ ｖ ｔ ｉ ｖ ｒａ ｌｒ ｅ ａ ａ Ｉ ｅ ｓｂ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔ ｌ ｙ ｔ ｅ ａ ｐ ｉ ａｏ ｄ ｎ ａｏ ｒ ｓ ｃ ｅ
文丘里施肥器水力空化数值模拟
的仿 真计 算 、结 构 设 计 与优 化 提供 了技术 支 持 。
关 键 词 ：文 丘 里 施肥 器 ；水力 空 化 ；数 值 模 拟 ；结 构 优 化
中图分类 号 ：￥２２４．２１
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００３－１８８Ｘ（２０１８）１１－００１２－０５
０ 引 言
文丘 里 管应 用范 围广泛 。文丘 里施 肥 器作 为 文丘 里管 的一种应用 ，在农业生产生活 中为水肥一体化灌 溉 做 出了重 要 贡献 。文 丘 里施 肥 器 机 构 简 单 、易 于 使 用 、成 本 低 、无 需 外 部 动 力 ，广 泛 应 用 在 微 灌 工 程 中 ¨ 。文 丘 里施 肥器 的结 构设 计 及 参 数优 化 ，均 对 其 吸肥 性 能 、灌 溉 效果 及 使用 寿命 有 重要 影 响 。
对 于文 丘里 施肥 器 ，目前 还 没 有 国家 标 准 的结 构 设计 参数 ，对其 内部空化 现象 的研 究也较少 ，但对原 理 相 同 的文 丘 里 管 和 射 流 泵 空 化 现 象 的研 究 较 为 深 入 。严 海 军 等 利 用 应 变 片 对 文 丘 里 施 肥 器 空 化 现 象 进行 监测 ，发现 当文 丘 里 施 肥器 发 生 临界 空 化 后 其 吸肥性能始终保 持 同一水 平。孔 令 阳 等通 过过流 试 验 发 现 ，在 出 口压 力 一 定 时 ，喉 部 负 压 随 着 进 口压 力的增大而 降低 ，当负压降低到最小值后 ，进 口压力 的增大 会 导 致 水 头 损 失 急 剧 增 大 。陈 燕 等 采 用 高 速 摄 像 技 术 拍 摄 研 究 文 丘 里 施 肥 器 工 作 时 的
摘 要 ：文丘 里 施 肥 器在 水 肥 一 体化 灌 溉 中应 用 广 泛 ，其 结 构参 数 对 灌 溉效 果 影 响 显著 ，但 对 其 结 构设 计 及 参 数
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。
浅谈临界流文丘利喷嘴在气体流量计量中的实际应用
浅谈临界流文丘利喷嘴在气体流量计量中的实际应用临界流文丘利喷嘴（以下简称喷嘴）在国内的研究始于上世纪70年代，ISO于1983年公布了喷嘴的标准草案。
经过多年的研究与发展，喷嘴以其结构简单、性能稳定、体积小、没有可动部件、气源既可用高压也可用负压方式、作为流量计量标准既可离线也可在线使用，以及准确度高等特点而受到国内流量行业的广泛注意。
尤其是1990年ISO 9300的公布和JJG 620-1994的施行，使其发展更为迅速。
近年来喷嘴不仅作为试验室的气体流量标准，而且在天然气流量计量中作为在线标准进行现场校准也发挥了积极作用。
一、临界流文丘利喷嘴的基本原理1.原理临界流文丘利喷嘴是个孔径逐渐减小的流道，孔径最小的部分称为喉部，在喉部的后面有孔径逐渐扩大的流道。
喷嘴可随着其下游扩大管长度的不同可得到不同的临界压力比，最大可以达到0.9。
当气流通过喉部时气流速度可达到音速，此时马赫数等于1，流量只与上游压力有关（与下游压力无关），流出系数只与雷诺数有关。
所以适合于作为气体流量计量标准使用。
2.数学模型在理想条件下，理论上可以导出喷嘴的质量流量q为q=AC（1）式中：A———喷嘴喉部的内截面积；R———气体常数；C———理想条件下的临界流函数。
C=（）（2）式中：P———喷嘴前的气体滞止压力；T———喷嘴前的气体滞止温度；r———比热比。
在实际条件下喷嘴的质量流量q为q=ACC（3）式中：C———实际气体的临界流函数，它是假定气体为一维等熵流动的条件下，利用真实气体的热力学性质表计算出来；C———流出系数，它是对"一维、等熵流动'这种假设条件的修正，实验表明C只是雷诺数Red的函数。
基于文丘里喷嘴对滤芯反吹效果影响的数值模拟研究
基于文丘里喷嘴对滤芯反吹效果影响的数值模拟研究李彩霞* 尤 超 张立峰 西部宝德科技股份有限公司 西安 710201摘要 本文采用数值仿真的方法，模拟了气体经过文丘里喷嘴提速后对4 m 长滤芯的反吹效果。
分别研究了入口气速以及文丘里喷嘴的结构对滤芯反吹效果的影响。
模拟结果为：反吹气体经过文丘里的提速，在喉管处的速度达到峰值，是入口速度的3.75倍。
另外，在一定的范围内，喉管直径越小，反吹气在文丘里喉管处的峰值越大；喉管长度越短，反吹气体的喷吹范围越远；入口锥角越小，反吹气体的喷吹范围越远；出口卷边的半径越小，喷吹气体在一定的范围内速度衰减越慢；而入口处是否有直边、喉管段的长度对滤芯的喷吹性能影响不大。
关键词 文丘里 滤芯 反吹性能 数值模拟DOI : 10.3969/j.issn.1007-6247.2023.04.002*李彩霞：工程师。
2014年6月毕业于西安交通大学化工过程机械专业获硕士学位，高温气固分离方向。
联系电话：180****1240，E-mail ：****************。
基金项目：科学技术部科技型中小企业技术创新基金项目（1120132）。
目前，电厂、化工、冶金等几种特定的行业里都会应用到过滤器，包括增压流化床燃烧联合循环发电技术PFBC 和新一代煤气化联合循环发电技术IGCC 等在内的先进洁净煤技术，都需要过滤技术作支撑，防止含尘气体进入燃气轮机，引起燃气轮机叶片的磨损，影响燃气轮机叶片的寿命及工作效率。
当过滤设备运行一段时间后，滤芯外侧会累积大量的灰尘，影响过滤器的性能，这就需要使用反吹系统定时或不定时地去清理。
文丘里喷嘴作为反吹系统的主要零部件，其性能优劣对于反吹系统是否能正常发挥作用是至关重要的，因此，明确文丘里喷嘴的结构参数对喷吹性能的影响是亟待解决的问题。
随着计算机水平和计算流体力学分支的发展，数值模拟技术由于费用低、使用简单方便、能提供结构内部的具体流动状况等优点，已经被广泛应用到各领域中[1-2]。
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临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
临界流文丘里喷嘴主要应用于气体流量标准的测量，由航空航天企业发展到社会领域各个行业。
通过对喷嘴喉部直径以及临界背压比进行探究，应用Fluent 软件对不同类型喷嘴内流场进行模拟优化，得出不同喷嘴类型内部流动规律，优化得出圆环形文丘里喷嘴优点更为突出。
结合示例，设计喷嘴结构并应用Fluent 模拟损失量，验证结构的合理性。
对于利用临界流喷嘴提高流量监控准确性以及对喷嘴结构的优化设计具有一定的借鉴意义。
标签：临界流喷嘴；Fluent模拟；结构优化
0 引言
喷嘴在石油化工行业近年来使用较为广泛，其可以应用于流量标准传递、流量实时测量以及流量限制等方面。
其中临界流文丘里喷嘴在应对高压气体输送过程以及流量检测过程有着举足轻重的作用。
以数值模拟为桥梁，对实验条件加以控制进行理想条件下的研究工作，更加清楚直观的流场内部状态，相比于理论和实验法来说，CFD模拟在流量测量领域较为突出。
通过研究分析四种喷嘴结构，应用计算流体动力学（CFD）模拟软件观察喷嘴内部流场动态情况，对喷嘴喉部以及临界背压比进行探究，优化喷嘴结构，从而大大提高流量监控准确性以及工业气体流量计量的效率成本。
1 临界流文丘里喷嘴关键参数优化
1.1 临界流文丘里喷嘴原理
临界流文丘里喷嘴按照标准可以分为标准临界流喷嘴以及临界流文丘里喷嘴，喉部气流的速度随着出口压力与上游滞止压力之比减小而增大，当其减少到一定数值后喉部速度达到音速，即喷嘴喉部处流体达到临界流状态，喉部后达到超音速流状态，通过喷嘴的流速为定值，流量大小仅与上游压力有关，且准确度较高。
出入口压力之比成为临界压力比[1]。
1.2 喷嘴喉部直径优化
喷嘴喉部直径公式为计算流体力学软件提供了有力的数据支持，为应用到临界流喷嘴工艺的站场天然气放空、储气库注采气等工艺提供了理论依据。
被测介质的流量很大程度上与喷嘴喉部直径D有关。
在设计喷嘴装置时，需要根据喷嘴装置的流量范围、工作压力、温度和介质的热物性参数等数据[1]，通过理论依据与计算公式相结合的方法得到喷嘴流量计的喉部直径。
把喷嘴喉部的横截面代入体积流量计算公式中，整理后可得喷嘴喉部直径d
的计算公式[2]：
将介质的实际工况体积流量qv、通用气体常数R、摩尔质量M和所计算出的流出系数Cd、临界流系数CR、滞止压力P0、滞止温度T0，滞止密度，代入上述公式中，并与雷诺数公式：经迭代可得到每个工况体积流量所对应的喉部直径。
其中K是等熵指数。
由以上公式可见，在喷嘴设计中影响喉部直径的决定性因素主要有体积流量qv和等熵指数。
1.3 临界背压比优化
对于临界流文丘里喷嘴，通过其喉部流量保持稳定的必要条件是：流体所处背压小于临界被压[2]。
研究表明：临界压力的比值和扩散管的横截面积关系密切，大约保持在0.85—0.95之间[3]。
因此采用Gambit建模，Fluent15.0模拟，研究对象选取标准临界流喷嘴，喷嘴尺寸按照国标ISO-9300进行设计，模拟喉部直径为15mm，10mm，5mm，出口尺寸按照背压比为0.9设计。
由于喷嘴具有对称性的特点，我们采用二维对称平面网格划分。
根据喷嘴结构类型特点，我们定义喷嘴喉部直径为15mm（10mm、5mm），入口段直径为37.5mm，密度变化不考虑，绝热指数设为1.4，进口压力为1atm。
出口压力分别为0.5，1，1.5atm。
验证喷嘴的临界背压值以及不同喉形不同背压下的流量比。
通过Fluent15.0模拟及数据分析得到图1：
图1左图（质量流量与临界背压比的关系）；右图（不同喉径不同背压下通过喷嘴的流量比）。
通过对临界背压比与质量流量的关系可以得出：当临界背压比小于0.9时也就是背压与上游压力比P2/P14。
由于地面储气库对喷嘴的承压能力以及内部压力损失要求严格，我们选取圆环形音速文丘里喷嘴。
临界流喷嘴尺寸参数及横截面简图见图2所示。
3.2 CFD数值模拟
在注气期间不卸除喷嘴时在不同压力、流量工况条件下压力损失模拟以临界文丘里喷管出口向入口流动为例，模拟3种状况下喷嘴内部速度、压力损失情况。
结果见表2：
模拟结果表明，对于当前结构的文丘里喷嘴，当流体反向流动时，其阻力损失很小。
当模拟流体正向流动时，其阻力损失也很小。
4 结论
（1）对喷嘴直径公式进行优化，以及确定临界背压比，此时喉部流速达到最大流速—即达到“临界流”，通过喷嘴流量基本保持不变，从而实现了流量的精确控制。
（2）建立喷嘴流场数值模拟，模拟了四种类型的喷嘴结构，获得了压力场、温度场、速度场分布信息，通过对收缩角、扩散角等关键参数进行优选，优选了喷嘴结构，并验证了质量流量公式。
（3）结合储气库示例，设计圆环形音速文丘里喷嘴结构，通过模拟流体正向、反向流动，损失都很小，且性能稳定，工作可靠，可实现较宽范围内流量精确控制。
参考文献：
[1]李春辉，王池.临界流噴嘴数值模拟初探[J].计量技术，2006（10）：7-9.
[2]徐英华.临界流文丘里喷嘴在天然气流量上的应用研究与探讨[J].中国仪器仪表，2000，5（02）：16-18.
[3]王丽辰，朱云，郑哈等.基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析[M].杭州：中国计量学院机电工程学院，2013，12（34）：93-96.
[4]梁国伟，周宁宁，李长武.临界流文丘里喷嘴流量计量的原理与应用[J].中国计量学院学报，2009，15（03）：186-190.
作者简介：高翔（1997-），男，山东济南人，本科在读，研究方向：油气储运工程。