摘要(yao)：論述了(le)液體火(huo)箭發動(dong)機用過(guo)氧化氫(qing)作爲推(tui)進劑進(jin)行試驗(yan)的過程(cheng)中流量(liang)測量可(ke)采用的(de)方式。提(ti)出了壓(ya)差式孔(kong)闆流量(liang)計 測量(liang)和角接(jie)式取壓(ya)結構在(zai)過氧化(hua)氫/煤油(you)發動機(ji)試驗中(zhong)的應用(yong)技術。針(zhen)對過氧(yang)化氫/煤(mei)油發動(dong)機試驗(yan)中流量(liang)測量提(ti)出了研(yan)究需要(yao)解決的(de)關鍵技(ji)術。
1引言(yan)
　　在過氧(yang)化氫/煤(mei)油發動(dong)機試驗(yan)中，因爲(wei)過氧化(hua)氫的特(te)殊性🌈質(zhi)🔆，決☂️定了(le)試驗系(xi)統在組(zu)建時對(dui)管道、閥(fa)門等組(zu)件材料(liao)有特殊(shu)☁️要求。又(you)因發動(dong)機爲擠(ji)壓式工(gong)作，因此(ci)，在流量(liang)計選材(cai)時必須(xu)從過氧(yang)化氫的(de)相容性(xing)和強度(du)兩方面(mian)同時考(kao)慮。
因爲(wei)1Cr18Ni9Ti與過氧(yang)化氫爲(wei)二級相(xiang)容，同時(shi)，它在材(cai)料方面(mian)具👨‍❤️‍👨有很(hen)好的綜(zong)合力學(xue)性能，可(ke)用于高(gao)壓擠壓(ya)式試驗(yan)系統中(zhong)🌈。因此🈲在(zai)流量計(ji)♋選材時(shi)可采用(yong)1Cr18Ni9Ti材料。
　　在(zai)用于過(guo)氧化氫(qing)系統時(shi)，常規的(de)流量計(ji)有 渦輪(lun)流量計(ji) 、 靶式流(liu)量計 、質(zhi)量流量(liang)計等。但(dan)其測量(liang)方式、密(mi)封形式(shi)及材質(zhi)方面都(dou)因爲與(yu)過氧化(hua)氫出現(xian)不同程(cheng)度的不(bu)相容現(xian)象而無(wu)法正常(chang)使用。因(yin)此，在過(guo)氧化氫(qing)/煤油發(fa)動機🍉試(shi)驗的研(yan)制過程(cheng)中，必須(xu)盡快👄地(di)解決流(liu)量的測(ce)量⭐問題(ti)，同時，應(ying)該盡可(ke)能提高(gao)流量計(ji)的安⚽全(quan)性和可(ke)💘靠性研(yan)究工作(zuo)。
孔闆流(liu)量計 的(de)結構簡(jian)單，材質(zhi)方面可(ke)完全采(cai)用與過(guo)氧化氫(qing)相容的(de)材料，密(mi)封的實(shi)現也較(jiao)爲容易(yi)，同時設(she)計壓力(li)在選擇(ze)時無局(ju)限性。孔(kong)闆流量(liang)計在實(shi)際使用(yong)當中，通(tong)過對孔(kong)闆前、後(hou)壓力的(de)測量❄️來(lai)轉化成(cheng)流量的(de)測量。因(yin)此壓力(li)的獲得(de)應力求(qiu)準确，在(zai)設計上(shang)采用了(le)角接式(shi)取壓結(jie)構。
　　壓差(cha)式孔闆(pan)流量計(ji)适用于(yu)圓管流(liu)的流量(liang)測量。在(zai)管💘内🌏設(she)置📧孔闆(pan)，當有流(liu)體流過(guo)時，在其(qi)上、下遊(you)側之間(jian)就會産(chan)生靜壓(ya)差。在有(you)🌈關參數(shu)已知的(de)條件下(xia)，該靜壓(ya)力♍與流(liu)體流量(liang)之間有(you)确定的(de)數值關(guan)系（詳見(jian)孔闆計(ji)算）。
2孔闆(pan)流量計(ji)的設計(ji)結構
2.1孔(kong)闆的技(ji)術要求(qiu)
　　孔闆的(de)結構如(ru)圖1所示(shi)。孔闆的(de)上遊端(duan)面應是(shi)平整的(de)⁉️，其表面(mian)任何兩(liang)點的連(lian)線對垂(chui)直于中(zhong)心線平(ping)面的斜(xie)率應小(xiao)于1％。此時(shi)，可忽略(lue)孔闆表(biao)面上不(bu)可避免(mian)🔴的、肉眼(yan)看不見(jian)的局部(bu)缺陷。在(zai)與孔闆(pan)同心的(de)直徑不(bu)小于1.5d的(de)圓的範(fan)圍🤞内，應(ying)保證孔(kong)闆上遊(you)端面的(de)粗糙度(du)準則dRa410?≤。下(xia)遊端面(mian)應是平(ping)整的，而(er)且平行(hang)于上遊(you)面。

孔闆(pan)厚度E、銳(rui)孔厚度(du)e及斜角(jiao)F的确定(ding)如下：
(1)銳(rui)孔厚度(du)e應在0.005D和(he)0.02D之間，在(zai)銳孔上(shang)任何點(dian)所測得(de)的e值之(zhi)間的差(cha)不得大(da)于0.001D。
(2)孔闆(pan)厚度E應(ying)在e和0.05D之(zhi)間，在孔(kong)闆上任(ren)何點所(suo)測得的(de)E值之間(jian)的差不(bu)得大于(yu)0.001D。
(3)如果孔(kong)闆厚度(du)E超過了(le)銳孔厚(hou)度e，則孔(kong)闆下遊(you)應做❤️成(cheng)💔傾斜面(mian)，斜面應(ying)加工得(de)光滑。斜(xie)面角應(ying)在30°～45°之間(jian)。
(4)邊緣G、H、I應(ying)是尖銳(rui)的既無(wu)劃痕也(ye)無毛刺(ci)。
　　銳孔應(ying)是圓筒(tong)形的，并(bing)垂直于(yu)上遊端(duan)面。孔徑(jing)d值應至(zhi)少💰取四(si)個不同(tong)測量方(fang)向直徑(jing)的平均(jun)值。這四(si)個直徑(jing)應按彼(bi)此大緻(zhi)相等🚩的(de)角距離(li)分布在(zai)幾個軸(zhou)向平面(mian)内。任何(he)孔徑的(de)單測值(zhi)❄️與平均(jun)直徑之(zhi)差不應(ying)大于0.05％。
2.2孔(kong)闆流量(liang)計的安(an)裝
　　在實(shi)際的設(she)計當中(zhong)，孔闆應(ying)設計爲(wei)可拆卸(xie)式結構(gou)，一種🙇🏻孔(kong)闆不💋可(ke)能适應(ying)任何工(gong)況。即在(zai)所有的(de)工作區(qu)間，孔闆(pan)🏃‍♂️的流出(chu)系數并(bing)非恒定(ding)不變。在(zai)孔闆的(de)設計區(qu)内工作(zuo)時🔴，流量(liang)的測量(liang)值可信(xin)度較高(gao)，在非設(she)計區内(nei)工作時(shi)，流量的(de)測量值(zhi)可能會(hui)出現失(shi)真現🔞象(xiang)。按照試(shi)驗🧑🏾‍🤝‍🧑🏼時貯(zhu)箱的工(gong)作壓力(li)對法🎯蘭(lan)進行結(jie)構設計(ji)。連接形(xing)🙇‍♀️式見圖(tu)2。
　　 在使用(yong)中，孔闆(pan)結構可(ke)設計爲(wei)放大狀(zhuang)态下的(de)密封墊(nian)🙇‍♀️。兩頭采(cai)👅用活套(tao)法蘭結(jie)構，與管(guan)路連接(jie)，中間爲(wei)起♋密封(feng)作用😍的(de)孔💋闆。在(zai)孔闆的(de)前、後分(fen)别設置(zhi)取壓孔(kong)，以此獲(huo)得壓力(li)參數。用(yong)靠肩圈(quan)和孔闆(pan)在對接(jie)時形成(cheng)的内腔(qiang)來實現(xian)取壓環(huan)的結構(gou)。
這種結(jie)構在完(wan)成有效(xiao)密封的(de)前提下(xia)，使角接(jie)式取壓(ya)結構在(zai)連接的(de)過程中(zhong)得到了(le)實現。從(cong)而提高(gao)了孔闆(pan)流量計(ji)安裝和(he)使用的(de)高可靠(kao)度要求(qiu)。

2.3角接取(qu)壓形式(shi)
　　孔闆流(liu)量計在(zai)實際的(de)使用過(guo)程中，不(bu)但應實(shi)現管路(lu)的連接(jie)和密封(feng)，同時應(ying)滿足角(jiao)接式取(qu)壓結構(gou)的設計(ji)要求。
　　取(qu)壓的方(fang)式較多(duo)，将孔闆(pan)用于流(liu)量測量(liang)時，爲降(jiang)低流量(liang)的測🐇量(liang)誤差，采(cai)取了角(jiao)接取壓(ya)結構。角(jiao)接取壓(ya)的結構(gou)形🛀🏻式見(jian)🤞圖3所示(shi)。

　　取壓口(kou)的中心(xin)線與孔(kong)闆的相(xiang)應端面(mian)之間的(de)間距等(deng)于取壓(ya)口直徑(jing)的一半(ban)或等于(yu)取壓口(kou)本身寬(kuan)度之半(ban)，這樣，穿(chuan)透管壁(bi)的取壓(ya)口與孔(kong)闆兩端(duan)面正好(hao)取平。圖(tu)3參數的(de)取值如(ru)下：a爲環(huan)隙寬度(du)，對任意(yi)β值在測(ce)量清潔(jie)流體的(de)流量時(shi)，1mm≤a≤10mm；C和C′爲☎️上(shang)遊和下(xia)遊的環(huan)的💛長度(du)，不應大(da)于0.5D；f爲厚(hou)度，應大(da)于或等(deng)于環隙(xi)寬度a的(de)♊兩倍；g×h爲(wei)環室的(de)橫截面(mian)積，應大(da)于或等(deng)于連接(jie)環室與(yu)管子内(nei)部的開(kai)口總面(mian)💯積的一(yi)半；j爲直(zhi)徑，連接(jie)環室和(he)二次裝(zhuang)置的取(qu)📞壓口是(shi)管壁取(qu)壓，穿㊙️透(tou)處呈圓(yuan)形，j應在(zai)4～10mm之間.
3壓(ya)差式孔(kong)闆流量(liang)計的設(she)計計算(suan)
流量的(de)計算公(gong)式如下(xia)：

　　w爲管道(dao)橫截面(mian)積上流(liu)體運動(dong)的平均(jun)速度，m/s；d爲(wei)孔闆孔(kong)徑；D爲管(guan)道直徑(jing)；υ爲流體(ti)的運動(dong)粘性系(xi)數；L1=l1/D是上(shang)遊☀️取壓(ya)口到🍉孔(kong)闆上遊(you)✔️端面的(de)距離除(chu)以管徑(jing)的商；L2′=l2′/D是(shi)下遊取(qu)壓口到(dao)孔闆下(xia)遊端面(mian)的距離(li)除以管(guan)徑的🛀商(shang)（角接取(qu)💋壓時L1和(he)L2′取0）；β=d/D，爲直(zhi)徑比📧；ρ=1390kg/m3，爲(wei)過氧化(hua)氫的密(mi)度；E爲漸(jian)近速度(du)系數；ε爲(wei)膨脹系(xi)數；?p爲孔(kong)闆⛷️上、下(xia)遊側之(zhi)間的壓(ya)差；p1是👈上(shang)遊側壓(ya)力；k爲等(deng)熵系數(shu)。
　　在已知(zhi)各項設(she)計參數(shu)如質量(liang)流量qm、壓(ya)差?p、上遊(you)側壓力(li)p1及🚩推進(jin)劑各種(zhong)性能參(can)數的情(qing)況下，代(dai)入流量(liang)計算公(gong)式，反求(qiu)β或d，既可(ke)确定孔(kong)闆的尺(chi)寸。
在使(shi)用工質(zhi)爲過氧(yang)化氫時(shi)，流量計(ji)算的公(gong)式可簡(jian)化爲：

表(biao)1是在預(yu)設的三(san)種設計(ji)狀态下(xia)（其餘參(can)數已知(zhi)）計算程(cheng)序☎️得到(dao)🈲的孔闆(pan)結構尺(chi)寸。

4壓差(cha)式孔闆(pan)流量計(ji)的設計(ji)驗證
　　試(shi)驗準備(bei)階段，按(an)上述工(gong)況2和工(gong)況3分别(bie)計算的(de)結果制(zhi)作💔孔闆(pan)各一個(ge)，參照要(yao)求的流(liu)量，在冷(leng)調時，流(liu)量接近(jin)工況3狀(zhuang)🔆态。因此(ci)，在試驗(yan)系統上(shang)安裝這(zhe)種設計(ji)狀态的(de)孔闆，冷(leng)調時系(xi)統上串(chuan)接一渦(wo)輪流量(liang)計⭐，用它(ta)來校❌準(zhun)孔闆流(liu)量計。通(tong)過多種(zhong)流量的(de)調整發(fa)現，在小(xiao)流量和(he)大流量(liang)兩種狀(zhuang)态下工(gong)☀️作時，孔(kong)闆的流(liu)出系數(shu)差異🔴較(jiao)大。在額(e)定流🔴量(liang)下進行(hang)三次調(diao)試（額定(ding)流量接(jie)近設計(ji)流量），流(liu)出系數(shu)爲恒定(ding)值。這樣(yang)⛹🏻‍♀️，也進一(yi)步驗證(zheng)了孔闆(pan)流量計(ji)設計的(de)有效性(xing)和準确(que)性。同時(shi)🏃🏻‍♂️，該孔闆(pan)流量計(ji)參加了(le)兩次過(guo)氧化氫(qing)/煤油試(shi)驗，對該(gai)種流量(liang)計結構(gou)設計的(de)可行㊙️性(xing)也得到(dao)🌐了驗證(zheng)。

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