摘要：論(lun)述了液體(ti)火箭發動(dong)機用過氧(yang)化氫作爲(wei)推進劑進(jin)行試驗的(de)過程中流(liu)量測量可(ke)采用的方(fang)式。提出了(le)壓差式孔(kong)闆流量計(ji) 測量和角(jiao)接式取壓(ya)結構在過(guo)氧化氫/煤(mei)油發動機(ji)試驗中的(de)應用技術(shu)。針對過氧(yang)化氫/煤油(you)發動機試(shi)驗中流量(liang)測量提出(chu)了研究需(xu)要解決的(de)關鍵技術(shu)。
1引言
　　在過(guo)氧化氫/煤(mei)油發動機(ji)試驗中，因(yin)爲過氧化(hua)氫的特殊(shu)性質，決定(ding)了試驗系(xi)統在組建(jian)時對管道(dao)、閥門等組(zu)件材料有(you)特殊♊要求(qiu)。又因發動(dong)機爲擠壓(ya)式工作，因(yin)此，在流量(liang)計選材時(shi)必須從過(guo)氧化氫的(de)相容性和(he)強度兩方(fang)面同時考(kao)慮。
因爲1Cr18Ni9Ti與(yu)過氧化氫(qing)爲二級相(xiang)容，同時，它(ta)在材料方(fang)面❤️具📧有很(hen)好❄️的綜合(he)力學性能(neng)，可用于高(gao)壓擠壓式(shi)試驗系統(tong)中。因此♻️在(zai)流🈚量計選(xuan)材時可采(cai)用1Cr18Ni9Ti材料。
　　在(zai)用于過氧(yang)化氫系統(tong)時，常規的(de)流量計有(you) 渦輪流量(liang)計 、 靶式流(liu)量計 、質量(liang)流量計等(deng)。但其測量(liang)方式、密封(feng)形式及材(cai)質方面都(dou)因爲與過(guo)氧化氫出(chu)現不同程(cheng)度的不相(xiang)容現象而(er)💃無法正常(chang)使用。因此(ci)💯，在過氧化(hua)氫/煤油發(fa)動機試驗(yan)的研制過(guo)程中，必須(xu)盡快㊙️地解(jie)決流量的(de)測量問題(ti)，同時，應該(gai)盡可💞能提(ti)高流量計(ji)的安全性(xing)和可🐉靠性(xing)研究工作(zuo)。
孔闆流量(liang)計 的結構(gou)簡單，材質(zhi)方面可完(wan)全采用與(yu)過氧化氫(qing)相容👄的材(cai)料，密🏃‍♀️封的(de)實現也較(jiao)爲容易，同(tong)時設計壓(ya)力在選擇(ze)時無局限(xian)性。孔闆流(liu)量計在實(shi)際使用當(dang)中，通過對(dui)孔闆前、後(hou)壓力的測(ce)量來轉化(hua)成流量的(de)測量。因此(ci)壓力的獲(huo)得應力求(qiu)準确，在設(she)計上采用(yong)了🏃角接式(shi)取壓結構(gou)。
　　壓差式孔(kong)闆流量計(ji)适用于圓(yuan)管流的流(liu)量測量。在(zai)管内設🌂置(zhi)孔闆，當有(you)流體流過(guo)時，在其上(shang)、下遊側之(zhi)🌈間就🤩會産(chan)生靜壓差(cha)。在有😄關參(can)數已知的(de)條件下，該(gai)靜壓力與(yu)流體流量(liang)之🐇間有确(que)定的數值(zhi)關系（詳見(jian)🌈孔闆計算(suan)）。
2孔闆流量(liang)計的設計(ji)結構
2.1孔闆(pan)的技術要(yao)求
　　孔闆的(de)結構如圖(tu)1所示。孔闆(pan)的上遊端(duan)面應是平(ping)整🌈的🔴，其表(biao)面任👄何兩(liang)點的連線(xian)對垂直于(yu)中心線平(ping)面的斜率(lü)應⭐小于1％。此(ci)時，可忽🍉略(lue)孔闆表面(mian)上不可避(bi)免♍的、肉眼(yan)看不見🔴的(de)局部缺陷(xian)。在與孔闆(pan)同心的直(zhi)徑不小于(yu)1.5d的圓的範(fan)圍内，應保(bao)證孔闆上(shang)遊端面的(de)粗❌糙度準(zhun)則dRa410?≤。下遊端(duan)面應是平(ping)整的，而且(qie)平行于上(shang)遊✌️面。

孔闆(pan)厚度E、銳孔(kong)厚度e及斜(xie)角F的确定(ding)如下：
(1)銳孔(kong)厚度e應在(zai)0.005D和0.02D之間，在(zai)銳孔上任(ren)何點所測(ce)得的e值之(zhi)間的差不(bu)得大于0.001D。
(2)孔(kong)闆厚度E應(ying)在e和0.05D之間(jian)，在孔闆上(shang)任何點所(suo)測得的E值(zhi)之間的❄️差(cha)不得大于(yu)0.001D。
(3)如果孔闆(pan)厚度E超過(guo)了銳孔厚(hou)度e，則孔闆(pan)下遊應做(zuo)成傾斜面(mian)，斜面應加(jia)工得光滑(hua)。斜面角應(ying)在30°～45°之間。
(4)邊(bian)緣G、H、I應是尖(jian)銳的既無(wu)劃痕也無(wu)毛刺。
　　銳孔(kong)應是圓筒(tong)形的，并垂(chui)直于上遊(you)端面。孔徑(jing)d值應♻️至少(shao)取🈚四☀️個不(bu)同測量方(fang)向直徑的(de)平均值。這(zhe)四個直徑(jing)應按彼此(ci)大緻相等(deng)的角距離(li)分布在幾(ji)個軸向平(ping)面内。任何(he)🌏孔徑的單(dan)測值與平(ping)均直徑之(zhi)差不應大(da)于0.05％。
2.2孔闆流(liu)量計的安(an)裝
　　在實際(ji)的設計當(dang)中，孔闆應(ying)設計爲可(ke)拆卸式結(jie)構☎️，一種孔(kong)🌏闆不可能(neng)适應任何(he)工況。即在(zai)所有的工(gong)作區間，孔(kong)闆的流出(chu)系數并非(fei)恒定不變(bian)。在孔闆的(de)設🛀🏻計區内(nei)工作時✌️，流(liu)量的測量(liang)值可信度(du)較高，在非(fei)設計區内(nei)工作時，流(liu)量的測量(liang)值可能會(hui)出現失真(zhen)現象。按照(zhao)試驗時貯(zhu)箱的工❄️作(zuo)壓力對法(fa)蘭進行結(jie)構🧑🏽‍🤝‍🧑🏻設計。連(lian)接形式見(jian)圖2。
　　 在使用(yong)中，孔闆結(jie)構可設計(ji)爲放大狀(zhuang)态下的密(mi)封墊。兩頭(tou)采用活套(tao)法蘭結構(gou)，與管路連(lian)接，中間爲(wei)起密封作(zuo)用的孔🐅闆(pan)。在孔闆的(de)前、後分别(bie)設置取壓(ya)孔，以此獲(huo)得壓力參(can)數。用靠肩(jian)圈和孔闆(pan)在對接時(shi)形💁成的内(nei)腔🏃來實現(xian)取壓環的(de)結構。
這種(zhong)結構在完(wan)成有效密(mi)封的前提(ti)下，使角接(jie)式取🚩壓結(jie)構在連接(jie)的過程中(zhong)得到了實(shi)現。從而提(ti)高了孔闆(pan)流量計安(an)裝和使用(yong)的高可靠(kao)度要求。

2.3角(jiao)接取壓形(xing)式
　　孔闆流(liu)量計在實(shi)際的使用(yong)過程中，不(bu)但應實現(xian)管路的連(lian)接和密封(feng)，同時應滿(man)足角接式(shi)取壓結構(gou)的設計🔆要(yao)求。
　　取壓的(de)方式較多(duo)，将孔闆用(yong)于流量測(ce)量時，爲降(jiang)低流量的(de)測量👌誤差(cha)，采取了角(jiao)接取壓結(jie)構。角接取(qu)壓✉️的結構(gou)形式見圖(tu)3所示。

　　取壓(ya)口的中心(xin)線與孔闆(pan)的相應端(duan)面之間的(de)間距等于(yu)取壓口直(zhi)徑的一半(ban)或等于取(qu)壓口本身(shen)寬度之半(ban)，這樣🔞，穿透(tou)🚶管壁的取(qu)壓口與孔(kong)闆兩端面(mian)正好🌈取平(ping)。圖🤩3參數的(de)取值如下(xia)：a爲環💛隙寬(kuan)度👄，對任意(yi)β值在測量(liang)清潔流體(ti)的流量時(shi)，1mm≤a≤10mm；C和C′爲❗上遊(you)和下遊的(de)環的長度(du)，不應大于(yu)0.5D；f爲厚度，應(ying)大于或等(deng)于環隙寬(kuan)度a的🥵兩倍(bei)；g×h爲環室的(de)橫截面積(ji)，應大于或(huo)等于連接(jie)環室😍與管(guan)子内部的(de)開口總面(mian)積的一半(ban)；j爲直徑，連(lian)接環室和(he)二次裝置(zhi)的取👣壓口(kou)是管壁取(qu)壓🤟，穿透處(chu)呈圓形，j應(ying)在4～10mm之間.
3壓(ya)差式孔闆(pan)流量計的(de)設計計算(suan)
流量的計(ji)算公式如(ru)下：

　　w爲管道(dao)橫截面積(ji)上流體運(yun)動的平均(jun)速度，m/s；d爲孔(kong)闆孔徑；D爲(wei)管道直徑(jing)；υ爲流體的(de)運動粘性(xing)系數；L1=l1/D是上(shang)遊取壓口(kou)到孔闆♊上(shang)遊端面的(de)距離除以(yi)管徑的商(shang)；L2′=l2′/D是下遊取(qu)壓口到孔(kong)闆下遊端(duan)面💜的距離(li)除以管徑(jing)的商（角接(jie)取壓時L1和(he)L2′取0）；β=d/D，爲直徑(jing)比；ρ=1390kg/m3，爲過氧(yang)化氫的密(mi)度；E爲漸近(jin)速度系數(shu)；ε爲膨脹系(xi)數；?p爲孔闆(pan)上、下遊側(ce)之間的壓(ya)差；p1是上遊(you)側壓力；k爲(wei)等熵系數(shu)。
　　在已知各(ge)項設計參(can)數如質量(liang)流量qm、壓差(cha)?p、上遊側壓(ya)力p1及推進(jin)劑各種性(xing)能參數的(de)情況下，代(dai)入流量計(ji)算公式，反(fan)求β或d，既可(ke)✔️确定孔闆(pan)的尺寸。
在(zai)使用工質(zhi)爲過氧化(hua)氫時，流量(liang)計算的公(gong)式可簡💃化(hua)爲：

表1是在(zai)預設的三(san)種設計狀(zhuang)态下（其餘(yu)參數已知(zhi)）計算程序(xu)得✌️到的孔(kong)闆結構尺(chi)寸。

4壓差式(shi)孔闆流量(liang)計的設計(ji)驗證
　　試驗(yan)準備階段(duan)，按上述工(gong)況2和工況(kuang)3分别計算(suan)的結果制(zhi)作孔闆㊙️各(ge)一個，參照(zhao)要求的流(liu)量，在冷調(diao)時，流量接(jie)🏃🏻近工況3狀(zhuang)态。因🚶此，在(zai)試驗系統(tong)上安裝這(zhe)種設計狀(zhuang)态的孔闆(pan)♉，冷調時系(xi)統上♊串接(jie)一渦輪流(liu)量計🐅，用它(ta)來校準孔(kong)闆流量計(ji)。通過多種(zhong)流量的調(diao)整發現，在(zai)小流量和(he)大流量兩(liang)種狀态下(xia)工作時，孔(kong)闆的🌈流出(chu)系數差異(yi)較大。在額(e)定流量下(xia)進行三次(ci)調試（額定(ding)流量接近(jin)設計流量(liang)），流出系數(shu)爲恒定值(zhi)。這樣，也進(jin)一步驗證(zheng)了孔闆流(liu)量計設計(ji)的有效性(xing)和準确性(xing)。同時，該孔(kong)闆流量計(ji)參加了兩(liang)次過氧化(hua)♻️氫/煤油試(shi)驗，對該種(zhong)流量計結(jie)構設計的(de)可行性也(ye)得到🈲了驗(yan)證。

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