小喉径音速喷嘴热效应对流量影响的热边界层分析

来源：机械工程学报杂志2015年第16期北京时间：

作者：王超, 王刚, 丁红兵

单位：1.天津大学电气与自动化工程学院 天津 300072 2.天津市过程检测与控制重点实验室 天津 300072

摘要：随着气体在音速喷嘴中膨胀降温，低温气体与管壁的热交换会产生一系列复杂的影响，称之为“热效应”。用于微小流量测量的小喉径音速喷嘴由于喉部直径很小且精度要求高，热效应的影响更为严重。利用热边界层理论分析不同入口压力、不同位置、不同喉径和不同保冷条件下的管壁温度变化规律，根据试验结果，从理论上分析管壁动态温度分布与热边界层的相互作用关系，利用CFD软件仿真，分析管壁温度变化引起的边界层厚度变化对音速喷嘴流动特性的影响规律，并通过数据拟合得到了雷诺数和管壁温降对流出系数偏差的影响的计算公式。结果表明，以仿真数据为例，当管壁温降15 K时，由热边界层变薄引起流出系数增大可达0.195%，其影响不容忽视。

关键词：流出系数,热边界层,热效应,音速喷嘴；

基金资助：国家自然科学基金(61072101)和教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET-10-0621)资助项目