摘要：論述(shù)了液體火(huǒ)箭發動機(jī)用過氧化(huà)氫作爲推(tuī)進劑進行(hang)試驗的過(guo)程中流量(liàng)測量可采(cǎi)用的方式(shì)。提出了壓(yā)差式孔闆(pan)流量計 測(ce)量和角接(jiē)式取壓結(jie)構在過氧(yang)化氫/煤油(yóu)發動機☁️試(shi)驗中的應(yīng)用技術。針(zhen)對過氧化(huà)氫/煤油發(fā)動機試驗(yan)中流量測(cè)量提出了(le)研究需要(yao)解決的關(guan)鍵技術。
1引(yǐn)言
　　在過氧(yǎng)化氫/煤油(you)發動機試(shì)驗中，因爲(wei)過氧化氫(qīng)的🈲特殊性(xing)質，決☀️定了(le)試驗系統(tong)在組建時(shi)對管道、閥(fa)門等組件(jiàn)材料有特(tè)殊要求。又(you)因發動機(jī)爲擠壓式(shì)工作，因此(cǐ)，在流量計(jì)選材時必(bì)須㊙️從過氧(yǎng)化氫的相(xiàng)容❗性和強(qiang)度兩方面(mian)同時考慮(lü)。
因爲1Cr18Ni9Ti與過(guo)氧化氫爲(wei)二級相容(rong)，同時，它在(zai)材料方面(miàn)具有很好(hao)的☀️綜合力(li)學性能，可(kě)用于高壓(ya)擠壓式試(shì)驗系統中(zhōng)👨‍❤️‍👨。因此在流(liú)🔞量計選材(cai)時可采用(yong)1Cr18Ni9Ti材料。
　　在用(yòng)于過氧化(huà)氫系統時(shi)，常規的流(liu)量計有 渦(wō)輪流量計(jì) 、 靶式流量(liang)計 、質量流(liú)量計等。但(dàn)其測量方(fāng)式、密封形(xing)式及材質(zhi)方面都因(yīn)爲與過氧(yǎng)化氫出現(xiàn)不同程度(dù)的不相容(rong)現象而👨‍❤️‍👨無(wú)法正常使(shi)用。因此，在(zài)過氧化氫(qing)/煤油發動(dòng)機試驗的(de)研制過㊙️程(chéng)中，必🤟須盡(jin)快地解決(jué)☔流量的測(cè)量問題，同(tóng)時，應該盡(jin)可能提高(gao)流量計的(de)安🔞全性和(hé)可♻️靠性研(yan)究工⭕作。
孔(kong)闆流量計(jì) 的結構簡(jiǎn)單，材質方(fang)面可完全(quan)采用與過(guo)氧化氫相(xiang)容💚的材🔴料(liao)，密封的實(shí)現也較爲(wèi)容易，同時(shi)設計壓力(li)在選👈擇時(shi)無局限性(xing)。孔闆流量(liang)計在實際(jì)使用當中(zhōng)，通過對孔(kong)闆前、後壓(yā)力的測量(liang)來轉化😄成(chéng)流量的測(cè)量。因此壓(yā)力的獲得(de)應力求準(zhun)💘确，在設計(ji)上采用了(le)角接式取(qǔ)壓結構。
　　壓(ya)差式孔闆(pǎn)流量計适(shì)用于圓管(guan)流的流量(liang)測量。在管(guǎn)内設置孔(kǒng)闆，當有流(liu)體流過時(shi)，在其上、下(xia)遊側之㊙️間(jiān)就會産生(shēng)靜壓差。在(zai)有關參數(shù)已知的條(tiao)件下，該靜(jìng)壓力與流(liú)體流量之(zhi)間有确定(ding)的數值關(guān)系（詳見孔(kong)闆計算）。
2孔(kong)闆流量計(jì)的設計結(jié)構
2.1孔闆的(de)技術要求(qiu)
　　孔闆的結(jie)構如圖1所(suǒ)示。孔闆的(de)上遊端面(mian)應是平整(zhěng)的，其表💰面(mian)任何兩點(diǎn)的連線對(dui)垂直于中(zhōng)心線平面(miàn)😄的斜率應(yīng)小于1％。此時(shí)，可忽略孔(kǒng)闆表面上(shàng)不可避免(mian)的、肉眼👣看(kàn)不見的局(ju)部缺陷。在(zài)與孔闆同(tong)心的直徑(jìng)不小于1.5d的(de)圓的範圍(wei)内，應保證(zhèng)孔闆上遊(yóu)端面的粗(cu)🤟糙度準則(zé)dRa410?≤。下遊端面(miàn)應是🈲平整(zheng)的，而且🌍平(ping)行于上遊(yóu)面。

孔闆厚(hòu)度E、銳孔厚(hòu)度e及斜角(jiǎo)F的确定如(ru)下：
(1)銳孔厚(hòu)度e應在0.005D和(hé)0.02D之間，在銳(rui)孔上任何(hé)點所測得(dé)的e值之間(jiān)的差不得(dé)大于0.001D。
(2)孔闆(pǎn)厚度E應在(zai)e和0.05D之間，在(zai)孔闆上任(ren)何點所測(cè)得的E值之(zhī)間🛀的差不(bu)得大于0.001D。
(3)如(ru)果孔闆厚(hòu)度E超過了(le)銳孔厚度(du)e，則孔闆下(xià)遊應做成(chéng)傾斜面，斜(xié)面應加工(gōng)得光滑。斜(xie)面角應在(zài)30°～45°之間。
(4)邊緣(yuan)G、H、I應是尖銳(ruì)的既無劃(hua)痕也無毛(máo)刺。
　　銳孔應(yīng)是圓筒形(xing)的，并垂直(zhí)于上遊端(duan)面。孔徑d值(zhi)應至少取(qǔ)四個不同(tóng)測量方向(xiang)直徑的平(píng)均值。這四(si)個直徑應(ying)按彼此大(dà)緻🔴相等的(de)角距離分(fen)布在幾個(ge)軸向平面(mian)内。任何孔(kǒng)徑的單測(ce)值與平均(jun)直徑之差(chà)不應大于(yu)0.05％。
2.2孔闆流量(liàng)計的安裝(zhuang)
　　在實際的(de)設計當中(zhōng)，孔闆應設(she)計爲可拆(chāi)卸式結構(gòu)，一種孔🔞闆(pan)不可能适(shì)應任何工(gōng)況。即在所(suo)有的工作(zuò)區間，孔闆(pǎn)的流📐出系(xì)數并非恒(héng)定不變。在(zài)孔闆的設(she)計區内🈚工(gōng)作時，流量(liang)的測量值(zhí)可信度較(jiào)高，在非設(shè)計區内工(gōng)作時，流量(liàng)🤟的測量值(zhi)可能會出(chu)現失真現(xiàn)象。按照試(shì)驗時貯箱(xiāng)的工✍️作壓(ya)力對法蘭(lán)進行結構(gou)設計。連接(jiē)形式見圖(tu)2。
　　 在使用中(zhōng)，孔闆結構(gòu)可設計爲(wei)放大狀态(tài)下的密封(feng)⛷️墊🔅。兩頭采(cǎi)用活套法(fa)蘭結構，與(yǔ)管路連接(jie)，中間爲起(qi)密封📱作用(yòng)的孔闆。在(zài)孔闆的前(qian)、後分别設(she)置取壓孔(kong)，以此獲得(de)壓力參數(shu)。用靠肩圈(quān)和孔闆🔴在(zài)對接時形(xíng)成的内腔(qiang)來實現取(qǔ)壓環的結(jié)構。
這種結(jié)構在完成(chéng)有效密封(feng)的前提下(xia)，使角接式(shi)取壓結構(gòu)在連接的(de)過程中得(de)到了實現(xian)。從而提高(gāo)了孔闆流(liu)量計安裝(zhuāng)和使用的(de)高可靠度(du)要求。

2.3角接(jiē)取壓形式(shi)
　　孔闆流量(liang)計在實際(jì)的使用過(guo)程中，不但(dàn)應實現管(guan)路的連接(jie)和密封，同(tóng)時應滿足(zu)角接式取(qu)壓結構的(de)設計要求(qiú)‼️。
　　取壓的方(fāng)式較多，将(jiang)孔闆用于(yú)流量測量(liàng)時，爲降低(dī)流量的測(ce)量誤差，采(cǎi)取了角接(jie)取壓結構(gòu)。角接取壓(ya)的結構形(xing)式見圖3所(suo)示。

　　取壓口(kǒu)的中心線(xian)與孔闆的(de)相應端面(miàn)之間的間(jiān)距等于取(qu)壓口直徑(jìng)的一半或(huò)等于取壓(ya)口本身寬(kuan)度之半，這(zhè)樣，穿透🌈管(guan)壁的取壓(ya)口與孔闆(pan)兩端面正(zheng)好取平。圖(tu)3參數的取(qu)值如下：a爲(wei)環隙寬度(du)，對任意β值(zhi)在測量清(qing)潔😍流體的(de)流量時，1mm≤a≤10mm；C和(hé)C′爲上遊和(hé)下遊的環(huán)的長度，不(bú)應大于0.5D；f爲(wèi)厚度，應大(da)于或等于(yú)環隙寬度(dù)a的兩倍；g×h爲(wèi)環室的橫(heng)截面積，應(ying)大于或等(děng)于連接環(huan)室與管子(zǐ)内部的開(kai)💜口總面積(jī)的一半；j爲(wei)直徑，連接(jie)環室和二(èr)次裝置的(de)取🌈壓口是(shì)管壁取壓(ya)，穿透處呈(chéng)圓☁️形，j應在(zai)4～10mm之間.
3壓差(chà)式孔闆流(liú)量計的設(she)計計算
流(liu)量的計算(suan)公式如下(xià)：

　　w爲管道橫(héng)截面積上(shang)流體運動(dong)的平均速(su)度，m/s；d爲孔闆(pan)孔徑；D爲管(guǎn)道❌直徑；υ爲(wèi)流體的運(yun)動粘性系(xi)數；L1=l1/D是上遊(you)💞取壓口到(dao)💞孔闆上遊(yóu)端面的距(ju)離除以管(guan)徑的商；L2′=l2′/D是(shì)下遊取壓(yā)口到孔闆(pǎn)下遊端面(miàn)的距離除(chú)以管徑的(de)商（角接取(qu)壓時L1和L2′取(qu)0）；β=d/D，爲直徑比(bǐ)🌍；ρ=1390kg/m3，爲過氧化(huà)氫的密度(du)；E爲漸近速(sù)度系數；ε爲(wèi)膨脹系數(shù)；?p爲孔闆💋上(shang)、下遊側之(zhī)間的壓差(cha)；p1是💞上遊側(ce)壓力；k爲等(děng)熵系數。
　　在(zài)已知各項(xiang)設計參數(shù)如質量流(liu)量qm、壓差?p、上(shang)遊側壓力(lì)p1及推進劑(ji)👨‍❤️‍👨各種性能(neng)參數的情(qing)況下，代入(rù)流量計算(suàn)公式，反求(qiu)β或d，既可⭐确(que)定孔闆的(de)尺寸。
在使(shǐ)用工質爲(wèi)過氧化氫(qing)時，流量計(ji)算的公式(shi)可簡化爲(wei)：

表1是在預(yù)設的三種(zhǒng)設計狀态(tài)下（其餘參(cān)數已知）計(jì)算程序得(dé)到的孔闆(pan)結構尺寸(cun)。

4壓差式孔(kǒng)闆流量計(ji)的設計驗(yàn)證
　　試驗準(zhǔn)備階段，按(an)上述工況(kuang)2和工況3分(fèn)别計算的(de)結果制👨‍❤️‍👨作(zuò)🤞孔闆🏃各一(yī)個，參照要(yào)求的流量(liang)，在冷調時(shí)，流量接近(jin)工況3狀态(tài)。因此，在試(shi)驗系統上(shàng)安裝這種(zhǒng)設計狀态(tai)的孔闆，冷(leng)調時系統(tǒng)上串接一(yī)渦輪流量(liang)計，用它來(lái)校準孔闆(pan)流量計。通(tong)過多種流(liu)量的調整(zhěng)發現，在小(xiǎo)流量👅和大(da)流量兩種(zhong)狀态下工(gong)作時，孔闆(pan)的流出系(xi)數差異⁉️較(jiao)大。在額定(dìng)流量下進(jin)行三次調(diào)試（額定流(liú)量接近設(shè)計流量），流(liu)出系數🔴爲(wei)恒定值。這(zhe)樣，也進一(yi)步驗證了(le)孔💋闆流量(liang)計設計的(de)🤟有效性和(hé)準确性。同(tóng)時，該孔闆(pan)流量計參(cān)加了兩次(cì)過氧化氫(qīng)/煤油試驗(yàn)，對該種流(liú)量計結構(gòu)設計的可(kě)行性也得(de)到💔了驗證(zhèng)。

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