臨界流噴嘴的結構及工作原理

　　隨著科技不斷進步，產品不斷更新，熱工儀表也在不斷的更新換代。其中節流裝置的種類更是多到讓用戶眼花繚亂，用戶不知從何處下手選擇節流裝置的類型。今天西安華恒儀表廠家為廣大用戶帶來了臨界流噴嘴的結構及工作原理的文章。

　　我們已經知道,當氣體流經一個漸縮噴嘴時,如果保持噴嘴上游端壓力P0和溫度T0不變,使其下游壓力P2逐漸減小,則通過噴嘴的氣體質量流量qm將逐漸增加.當下游壓力P2下降到某一壓力PC時,通過噴嘴的質量流量將達到最大值qmax,此時噴嘴出口的流速已達到當地音速a.如果繼續降低下游端壓力P2,通過噴嘴的質量流量將不再增加,(如圖1所示),流速也保持音速不變.我們將噴嘴出口的流速達到音速的壓力PC稱為臨界壓力,PC/P0稱為臨界壓力比,此時通過噴嘴的流量稱為臨界流量.
 

　　由圖1可以看出,只要使噴嘴出口的壓力P2小于PC,那么,即使P2有所變動,通過噴嘴的流量也將保持為臨界流不變.所以,我們可以利用臨界流噴嘴的這種“恒流”特性來標定氣體流量計.為了簡化問題,其流量公式可以從簡化的流體力學模型(理想氣體,一維,定常及等熵流)推導出來,然后加以系數修正求得實際流量.由連續性方程和理想氣體一維定常等熵流的假設可得,質量流量

　　式(1)中,<稱為臨界流函數,K為等熵指數,R為氣體常數;P0、T0分別為噴嘴入口處氣體滯止壓力和滯止溫度;At為噴嘴喉部面積.有時,質量流量公式也表示成

　　和*的差別如式(2)所示.它們相差R.RM為通用氣體常數(8.314kJ?kmol-1K-1),M為氣體分子量.實際上,K和R都為流體物性參數,所以,沒有必要將R分離出代表物性參數的臨界流函數.

　　式(1)表示流經噴嘴的質量流量僅與噴嘴入口處介質性質(K、R)及熱力學參數(P0、T0)有關,而與下游狀態無關.也即,當下游壓力P2下降到臨界壓力以下時,即使有所變動,通過噴嘴的質量流量也保持恒定.由氣體動力學可知,臨界壓力比PC/P0=(2/K+1)K/K+1,例如對于空氣,常溫下K=1.4,PC/P00.528.顯然,這樣的壓力降(也即壓力損失)對于某些系統是不能允許的.

　　為了減小臨界流噴嘴的壓力損失,近年來國內外較常用的結構是出口帶擴壓管的臨界流文丘利噴嘴.它可以使部分壓力得到恢復,從而減小臨界流噴嘴的壓力損失.目前較佳的結構已可以使噴嘴前后的壓力比P2/P0上升到0.9左右.下面以臨界流文丘利噴嘴為例來討論臨界流噴嘴.

　　相信通過以上臨界流噴嘴的結構及工作原理的全部容，能夠使大家有一個較為全面的認識，對選擇合適的臨界流噴嘴有所幫助。如有疑問，可以隨時聯系我們。