临界流文丘里喷嘴流出系数的计算与分析

临界流文丘里喷嘴是一种高性能的流量计量器具,常作为气体流量计量标准应用于标准装置中,而流出系数是其最重要的计量性能参数之一,通常可溯源至pVTt法气体流量标准装置,采用实流标定的方法进行量值确认,也可以采用经验公式进行计算。目前经验公式有两种,一种为JJG 620—2008《临界流文丘里喷嘴》中给出的经验公式,一种为ISO 9300:2022 Measurement of gas flow by means of critical flow nozzles中给出的经验公式,两种公式具有相同的雷诺数适用范围,但其考虑的流出系数影响因素不同,计算结果有一定差异。该文对两种经验公式计算流出系数的结果与pVTt基准装置实流标定的流出系数结果进行了对比,结果表明,两种半经验公式在边界层湍流区域的计算结果相一致,在层流区域和转捩区域存在较大差异。另外,测试喷嘴均在层流状态下进行实流标定,且其标定结果与两种半经验公式的计算结果存在差异,建议在实际使用时对喷嘴的流出系数进行修正。

氢燃料品质分析中基于临界流锐孔的气体稀释方法

目的解决国内氢能产业高质量发展中的氢燃料微痕量杂质组分准确分析难题。方法建立了基于临界流锐孔原理的气体稀释方法以适用于氢燃料品质分析,由于氢燃料品质分析中待测样品主组分为氢气而不是氮气,故引入响应因子数学模型,研究了对不同种类气体的流量影响。结果经实验验证,气体稀释方法的稀释比达到1∶1000以上,稀释比相对扩展不确定度优于1%,实现了动态发生微痕量级(摩尔分数10-9)水平的氢中甲醛、甲烷组分的气体标准物质,其含量测量结果的重复性不大于7%,各稀释含量间线性相关系数R 2大于0.999。结论氮中甲醛和氢中甲醛的分析实验结果验证了响应因子数学模型的可靠性,并且经过响应因子修正后的气体稀释方法可明显提高分析结果的准确性。

临界流喷嘴式分液器两相流喷射的数值模拟

气液两相流制冷剂经过喷嘴后达到临界音速,形成气液两相对称分布的环状流流型,可以改善下游换热器各支路因压力不同造成的换热不均情况。采用Fluent软件对新型整流喷嘴分液器的临界流喷射过程进行了模拟研究。使用R507制冷剂,在喷嘴喉径不变、不同的入口压力条件下分别模拟了喷嘴收缩段、扩张段、喉部长度和出口直径变化对流动特性的影响。模拟结果表明:在入口压力3.2~4.0 MPa范围内,气液两相流制冷剂的喷射速度随入口压力增大而增大,最高速度增大了12.6%。当入口压力为3.6 MPa时,两相流制冷剂的喷射速度达到临界音速。气液两相流制冷剂经四组不同结构尺寸的喷嘴喷射后,速度均达到临界音速,并形成液相包裹气相且沿轴对称分布的环状流流型。研究可为临界流喷嘴的设计提供参考。

可调式临界流文丘里喷嘴流动特性试验研究

在稠油注蒸汽热采过程中,往往用临界流喷嘴控制蒸汽注入流量,但是传统的临界流喷嘴存在着流量调节困难的问题。为此,设计了一种可调式临界流量文丘里喷嘴。通过搭建室内试验平台,对可调式临界流文丘里喷嘴的流动特性进行了试验研究。主要研究了可调式临界流文丘里喷嘴的临界流量、临界背压比、流出系数等的变化规律,并分析了调节锥位移和气体含液量对可调式临界流文丘里喷嘴流动特性的影响规律。研究结果表明,可调式临界流文丘里喷嘴可以实现临界流,并能够通过改变调节锥的位移来调节临界流量;可调式临界流文丘里喷嘴的单相气体临界流量控制偏差在±3%以内;临界背压比在0.85以上;流出系数小于标准临界流文丘里喷嘴的流出系数,但稳定值在0.9以上;液体的存在会使得气体临界流量降低,液量越大、进口压力越低,气体临界流量的降低程度越明显。该研究结果对可调式临界流文丘里喷嘴的设计和工程应用具有指导意义。

临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置最大背压比的影响与置信控制

本文根据气体流量计检定工作时的临界流文丘喷嘴法气体流量标准装置,分析装置最大背压比的置信水平对量值传递可靠性的影响,并探讨最大背压比的控制方法,确保了该装置均在临界流状态工作及准确度。

临界流流量计临界流函数的探讨

本文指出了目前临界流流量计使用中存在的问题,探讨了常温、常压下临界流函数湿度修正的计算方法,并与ISO9300-1990版和ISO9300-2003版的数据进行了比较。

基于喷嘴临界流实验对现有物理模型的评价

以水为工质、直径1.41 mm的喷嘴为实验段,在稳态条件下进行临界流实验,覆盖的参数范围为：进口压力,0.4-22 MPa;进口温度,40-371℃;进口含汽率,-3.5-0.98。结果分析表明：在欠热度高于一定值下流动未达到临界条件;在低欠热度和低含汽率区域两相间存在热力不平衡性,在较低压力下,它对临界流率的影响十分显著。将实验数据与均匀平衡模型、Moody模型、Henry-Fauske模型、Burnell模型以及Bernoulli公式的计算结果进行比较,显示了各模型在不同条件下的适应性。

超临界流旋涡竖井式溢洪道设计研究

结合沙牌等工程对旋涡式竖井溢洪道的水力学特性进行了试验研究。提出超临界流的涡室优化体型，给出确定涡室和竖井等尺寸的经验公式，并通过流体力学理论方法加以论证。

两相临界流实验研究

针对核电站小破口失水事故,对锐边直管长径比L/D从1.01到25.61的5种破口型式进行了试验研究,其滞止压力从4.0MPa到22.0MPa,入口流体为饱和及过冷水,过冷度从0℃到60℃。采用均相热力学非平衡模型给出了临界流计算方法,根据试验数据给出了临界流压力比及热不平衡数与长径比L/D的关联式。所得临界流的预报值与试验结果符合良好,用于反应堆安全分析计算,可获得更精确的结果。

两相临界流

由于两相临界流在压水反应堆安全分析中的重要性，在过去的４０年内，两相临界流一直是一个活跃的分支学科。本文对压水堆失水事故常用的两相临界流均匀平衡模型、滑移模型、考虑相间热力学非平衡效应的简化模型及两流体模型做了综述。结论是到目前为止，没有一个数学模型能准确预测各种参数范围、各种通道形状的临界流量。特定的模型只能适用于特定的情况。本文对非平衡两相流中汽泡成核、汽泡生长、相界面间质量、动量、能量交换的机理给予了更多的关注。

绝热毛细管的临界流动分析

制冷系统的蒸发温度、制冷量、输入功率、性能系数随毛细管的改变而变化 ,其工作特性对整个系统而言显得十分重要 .因此对毛细管的流动过程建立了质量、能量和动量守恒特性方程 ,以熵最大原则建立了临界流状态下毛细管出口临界状态的参数关联式 .分析计算了进口压力和毛细管内径对出口临界参数的影响 ,并与标准试验毛细管曲线进行了对比 .结果表明 ,该模型在一定参数范围内与实际状况吻合 .

基于质量守恒原理的临界流喷嘴动态检定方法研究

针对低雷诺数临界流喷嘴喉径小，几何测量困难，常用的负压式PVTt装置难以对喷嘴进行最大背压比试验等问题，设计了一种以步进电机为动力的主动活塞式气体流量校准器。依据流体力学质量守恒原理，提出按PcTt参数动态检定临界流喷嘴流出系数的方法，建立了数学模型。经比对验证，动态检定方法准确、可行，流出系数Cd的重复性达到（0．02～0．05）％。

明满流过渡及跨临界流一维数值模拟

介绍了跨临界流及明满流在国外的研究进展,采用普雷斯曼格式辅以删减对流加速度项法和Preissmann狭缝法建立了一套能够处理缓流、急流、跨临界流和明满流的数学模型。为了验证所建模型的可行性,计算了多个具有解析解或试验结果的算例,结果表明吻合程度良好。

超临界流体膨胀减压-撞击流技术制备脂溶性药物微粒

将撞击流技术与超临界流体膨胀减压过程结合,以利福平为模型材料,考察该技术用于脂溶性药物超细微粒制备的可行性,系统分析了混合器的压力和温度、溶液浓度、进液速率、析出器的温度及撞击距离对微粒粒径及粒径分布的影响。结果表明,与超临界流体膨胀减压过程相比,超临界流体膨胀减压-撞击流技术可制备出形态更好的利福平球形微粒,微粒粒径更小、分布更均匀。采用撞击流技术后,减弱了超临界流体膨胀减压过程参数(如溶液浓度、进液速率等)对微粒的不利因素,可在较大的操作范围内制得粒径分布均匀的微粒;同时强化了液滴和热气体之间的传质和传热,微粒干燥效果得到了明显改善,在低于超临界流体膨胀减压过程适宜析出器温度10℃时,仍能得到分散性较好的微粒,有效降低了能耗。

直边人口直通道临界流的理论研究

在Ｈｅｎｒｙ模型的基础上，作了一系列改进并对摩擦进行了修正，得到一均匀非平衡模型。该模型比Ｈｅｎｒｙ模型计算范围广，可计算初始饱和、欠热液体及进口含汽量不为零的直边入口、直通道、Ｌ／Ｄ＞１２的临界流。

基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析

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。

超临界流体膨胀减压过程制备水溶性药物超细微粒

利用自建的超临界流体膨胀减压过程实验装置,以不同水和乙醇配比的混和溶剂制备了扑热息痛,四环素和头孢羟氨苄超细微粒,并研究了不同溶剂配比对过程实现的影响。结果表明,用超临界膨胀减压过程可以成功制备水溶性药物超细微粒,制得的大部分微粒为球形或近球形,粒径处于1~3μm之间,粒径分布均匀;以纯水为溶剂时,过程的可行性较差,喷嘴堵塞现象严重;在初始溶液中加入一定配比的乙醇,会使过程进行顺利,制备的微粒的球形度更好,粒径更小,分布更均匀。

柱塞式校准器检定临界流喷嘴的实验研究

介绍了一种采用标准柱塞结构的临界流喷嘴校准器的原理和组成.根据临界流喷嘴的流量特性建立了检定数学模型,同时建立工作腔气体状态方程,并进行分析.对该校准器工作腔的压力和温度进行了大量实验研究,结果表明,工作腔内气体的压力和温度在检定过程中能够保持稳定,有益于提高检定的精度和效率.利用该校准器进行临界流喷嘴背压比试验,调节被测喷嘴背压比,检测其实际流量,得到与理论曲线相一致的流量特性曲线,从而为临界流喷嘴的特性研究提供了一个良好的手段.

变面积临界流文丘里喷嘴特性研究

针对目前气体流量计量领域临界流文丘里喷嘴临界流量不可调节或调节困难的情况,提出一种喉部过流面积可调节的变面积临界流喷嘴。通过结构分析、建模计算、流体力学Fluent仿真等方式,对棒状节流体、锥状节流体、台锥状节流体三种不同调节方式进行研究分析。结果表明:采用三种不同节流体的变面积临界流文丘里喷嘴均能实现临界流流量的调节,在背压比小于最大允许背压比后,流量保持一稳定值,基本不变。建模计算得到的理论值与Fluent仿真到的数据较为符合。

湿蒸汽流经可调式临界流喷嘴的数值模拟

蒸汽热采过程往往采用临界流喷嘴对各分配支路的蒸汽流量进行控制,但是常规固定式临界流喷嘴存在注汽量难以调节的问题。针对该问题,设计了一种可调式临界流喷嘴,并利用数值模拟的方法对其应用于湿蒸汽临界流流量的调节和控制特性进行了研究。分析了入口蒸汽干度和压力、调节锥位移以及蒸汽凝结对可调式临界流喷嘴流场分布、临界背压比以及临界流量的影响。研究结论能够指导可调式临界流喷嘴结构优化设计,为注蒸汽热采过程中湿蒸汽的流量控制提供技术支持。