壁面粗糙度對(duì)臨界流音速噴嘴流動(dòng)特性的影響.pdf

1、臨界流文丘里噴嘴,簡稱音速噴嘴,可直接用于流量測量,同時(shí)也是氣體流量中常用的傳遞標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)保養(yǎng)簡單、流量特性穩(wěn)定、工作范圍寬等優(yōu)點(diǎn)而在石油化工、航天航空以及環(huán)保節(jié)能等許多領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。
　　近年來,隨著對(duì)音速噴嘴的研究不斷加深,為進(jìn)一步提高噴嘴的計(jì)量精度,作為噴嘴重要參數(shù)的流出系數(shù)研究也不斷深入。鑒于音速噴嘴在小流量測量方面的巨大優(yōu)勢,小噴嘴流出系數(shù)特性研究領(lǐng)域十分活躍。噴嘴喉徑變小后,粗糙度對(duì)噴

2、嘴流動(dòng)的影響勢必會(huì)變大。同時(shí),音速噴嘴越來越多的應(yīng)用于超高壓的氣體流量的測量。這樣,噴嘴的喉部雷諾數(shù)Re經(jīng)常會(huì)大于107,噴嘴壁面粗糙度對(duì)流出系數(shù)的影響應(yīng)該深入研究。ISO9300標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程中分別采用相對(duì)粗糙度與絕對(duì)粗糙度將噴嘴分為普通加工與精加工,分別給出了相應(yīng)的流出系數(shù)計(jì)算公式。然而規(guī)程中并沒有提及粗糙度對(duì)噴嘴流出系數(shù)的影響規(guī)律,而且給出的兩個(gè)流出系數(shù)計(jì)算公式在低雷諾數(shù)區(qū)流出系數(shù)曲線存在交叉也存在一定的問題。目前針對(duì)于壁面粗糙度對(duì)音速

3、噴嘴的流出系數(shù)研究近乎空白,隨著噴嘴流出系數(shù)研究的不斷深入,壁面粗糙度的影響應(yīng)該細(xì)致的研究。因此,為系統(tǒng)研究粗糙度對(duì)音速噴嘴流出系數(shù)的影響,本文首先根據(jù)ISO9300標(biāo)準(zhǔn)建立喉部直徑為0.5 mm~100 mm的噴嘴模型,利用標(biāo)準(zhǔn)k-eps ilo n模型求解噴嘴的湍流核心區(qū)及壁面函數(shù)法來求解噴嘴的近壁區(qū)。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)程的流出系數(shù)曲線來驗(yàn)證模型的正確有效性。接著從邊界層速度分布、喉部核心區(qū)及邊界層厚度等角度分析了粗糙度對(duì)噴嘴流場影響

4、的基本規(guī)律。然后在雷諾數(shù)于105-1010區(qū)間內(nèi),利用單一理想空氣研究在不同粗糙度下的流出系數(shù)變化,從理論及數(shù)值計(jì)算的角度分析了流出系數(shù)受相對(duì)粗糙度影響變化規(guī)律。由于邊界層受到多維流動(dòng)影響,而多維流動(dòng)與氣體等熵指數(shù)及噴嘴曲率有關(guān)，本文研究了粗糙度對(duì)具有相同等熵指數(shù)的不同理想氣體及不同等熵指數(shù)理想氣體流出系數(shù)的影響，分析了不同等熵指數(shù)及噴嘴曲率的影響規(guī)律。為了分析真實(shí)氣體物性，本文還提出一種基于逐步回歸的智能算法，用于計(jì)算真實(shí)氣體物性經(jīng)驗(yàn)