摘要(yao)：論述了液體火(huo)箭發動機用過(guo)氧化氫作爲推(tui)👅進🤩劑♈進👣行試驗(yàn)的過程中流量(liàng)測量可采用的(de)方式。提出了壓(yā)差式孔闆流量(liang)計 測量和角接(jiē)式取壓結構在(zài)過氧化氫/煤油(you)發動機試🔞驗中(zhong)的應用技術。針(zhēn)對過氧化氫/煤(mei)油發動機試驗(yan)中🛀流量🌐測量提(ti)出了研究需要(yào)解決的關鍵技(jì)術。
1引言
　　在過氧(yǎng)化氫/煤油發動(dòng)機試驗中，因爲(wèi)過氧化氫的特(tè)殊性質，決定了(le)試驗系統在組(zu)建時對管道、閥(fá)門等組件材料(liào)有特殊要求。又(you)因發動機爲擠(ji)壓式工⛹🏻‍♀️作，因此(ci)，在流量計選材(cái)🏒時必須從過氧(yang)化氫的相容性(xìng)和強度🔞兩方面(miàn)同時考慮。
因爲(wei)1Cr18Ni9Ti與過氧化氫爲(wei)二級相容，同時(shí)，它在材料方面(mian)具有很好的綜(zōng)合力學性能，可(kě)用于高壓擠壓(ya)式試驗系統中(zhōng)。因此在流量計(jì)選材時可采用(yòng)1Cr18Ni9Ti材料。
　　在用于過(guo)氧化氫系統時(shí)，常規的流量計(jì)有 渦輪流量計(ji) 、 靶式流量計 、質(zhì)量流量計等。但(dan)其測量方式、密(mi)封形式及材質(zhì)方🙇🏻面☂️都因爲與(yǔ)👈過氧化氫出現(xiàn)不同程度的不(bú)相容現象而無(wú)法正常使用。因(yin)此，在過氧化氫(qīng)/煤油發動機試(shi)驗的研制過程(cheng)中，必須盡快地(dì)解決流量的測(cè)量問題，同時🏒，應(ying)該盡可能提高(gao)流量計的安全(quan)性和可靠性研(yan)究工作。
孔闆流(liú)量計 的結構簡(jian)單，材質方面可(ke)完全采用與過(guò)氧化氫相容的(de)材料，密封的實(shi)現也較爲容易(yi)，同時設計壓力(li)在選擇時💰無局(ju)限性。孔闆流量(liang)計在實際使用(yong)當中，通過對孔(kǒng)闆前、後壓力的(de)測量來轉化成(cheng)流量的測量。因(yīn)此壓力的獲得(dé)應力求準🌈确，在(zai)設計上采用了(le)角接式取壓結(jié)構。
　　壓差式孔闆(pǎn)流量計适用于(yu)圓管流的流量(liang)測量。在管内設(shè)置孔🔴闆，當有流(liú)體流過時，在其(qi)上、下遊側之🐇間(jiān)就㊙️會産生靜❄️壓(yā)差。在有關參數(shù)已知的條件下(xia)，該靜壓力與流(liu)體流量之間有(yǒu)确💰定的數值關(guān)系（詳見♍孔闆計(jì)算）。
2孔闆流量計(jì)的設計結構
2.1孔(kong)闆的技術要求(qiu)
　　孔闆的結構如(ru)圖1所示。孔闆的(de)上遊端面應是(shì)平整的👅，其表面(miàn)任何兩點的連(lián)線對垂直于中(zhōng)心線平面的斜(xie)率應小于1％。此時(shi)，可忽略孔闆表(biao)面上不可避免(miǎn)的、肉眼看不見(jian)的局部缺陷。在(zai)與孔闆同心的(de)直徑不小于1.5d的(de)⛷️圓的範圍内，應(ying)保證💚孔闆上遊(yóu)端面的粗糙度(dù)準則dRa410?≤。下遊端面(mian)應是平整的，而(er)且平行于上遊(yóu)面。

孔闆厚度E、銳(rui)孔厚度e及斜角(jiao)F的确定如下：
(1)銳(ruì)孔厚度e應在0.005D和(he)0.02D之間，在銳孔上(shàng)任何點所測得(dé)的e值之間的差(cha)不得大于0.001D。
(2)孔闆(pan)厚度E應在e和0.05D之(zhī)間，在孔闆上任(ren)何點所測得的(de)E值之間的差不(bú)得大于0.001D。
(3)如果孔(kong)闆厚度E超過了(le)銳孔厚度e，則孔(kong)闆下遊應做成(cheng)傾斜㊙️面，斜面應(yīng)加工得光滑。斜(xie)面角應在30°～45°之間(jian)。
(4)邊緣G、H、I應是尖銳(ruì)的既無劃痕也(ye)無毛刺。
　　銳孔應(ying)是圓筒形的，并(bing)垂直于上遊端(duān)面。孔徑d值應至(zhì)少取四個不同(tong)測量方向直徑(jìng)的平均值。這四(si)個直徑應按彼(bi)此⛹🏻‍♀️大緻相等的(de)角距離分布在(zai)幾個軸❗向平面(miàn)内。任何孔徑的(de)🚶單測值與平均(jun1)✔️直徑之差不應(yīng)大于0.05％。
2.2孔闆流量(liang)計的安裝
　　在實(shi)際的設計當中(zhong)，孔闆應設計爲(wèi)可拆卸式結構(gòu)，一種孔㊙️闆不可(ke)能适應任何工(gōng)況。即在所有的(de)工作區間，孔闆(pǎn)🔴的流出系⛱️數并(bìng)非恒定不變。在(zai)孔闆的設計區(qu)内工作時，流量(liàng)的測量值可信(xìn)度較高，在非設(shè)計區内工‼️作時(shi)，流量的測量值(zhi)可能會出現失(shī)真現象。按照試(shì)驗❌時貯箱的工(gōng)作壓力對法蘭(lán)進行結構設計(jì)。連接形式🐅見圖(tú)2。
　　 在使用中，孔闆(pan)結構可設計爲(wèi)放大狀态下的(de)密封墊。兩頭采(cai)用活套法蘭結(jie)構，與管路連接(jiē)，中間爲起🐆密封(feng)作用的孔🎯闆。在(zai)孔闆的前、後分(fèn)别設置取壓孔(kong)，以此獲得壓力(lì)參數。用💘靠肩圈(quan)和孔闆在對接(jiē)時形🈲成的内腔(qiang)來實現取壓環(huán)的結構。
這種結(jié)構在完成有效(xiào)密封的前提下(xia)，使角接式取壓(yā)結構在連接的(de)過程中得到了(le)實現。從而提高(gao)了☀️孔闆流量計(jì)安裝和使用的(de)高可靠度要求(qiu)。

2.3角接取壓形式(shì)
　　孔闆流量計在(zài)實際的使用過(guò)程中，不但應實(shí)現管路♈的連接(jie)和密封，同時應(yīng)滿足角接式取(qǔ)壓結構的設計(jì)要求。
　　取壓的方(fang)式較多，将孔闆(pǎn)用于流量測量(liàng)時，爲降低流量(liang)的測量誤差，采(cai)取了角接取壓(ya)結構。角接取壓(yā)的結⛷️構形式見(jian)🏃‍♂️圖3所示。

　　取壓口(kǒu)的中心線與孔(kong)闆的相應端面(mian)之間的間距🈲等(děng)于🌈取壓口💘直徑(jing)的一半或等于(yu)取壓口本身寬(kuan)度之半，這樣，穿(chuan)透管壁的取壓(yā)口與孔闆兩端(duān)面正好取平。圖(tu)3參數的☎️取值如(ru)下：a爲環隙寬度(dù)，對任意β值在測(cè)量清潔㊙️流體的(de)流量時，1mm≤a≤10mm；C和C′爲上(shang)遊和下🏒遊的環(huan)的長度，不應大(da)于0.5D；f爲厚度，應💔大(dà)于或等于環隙(xì)寬度a的兩倍；g×h爲(wèi)環室🤩的橫截面(miàn)積，應大于或等(deng)于連接環室㊙️與(yǔ)管子内部的開(kāi)口總面積的一(yi)半💔；j爲直徑，連接(jie)環🐇室和二次裝(zhuāng)置的取壓口是(shì)管壁取壓，穿透(tou)處呈圓形，j應在(zai)4～10mm之👌間.
3壓差式孔(kǒng)闆流量計的設(shè)計計算
流量的(de)計算公式如下(xia)：

　　w爲管道橫截面(miàn)積上流體運動(dong)的平均速度，m/s；d爲(wei)孔闆🐆孔徑🛀；D爲管(guǎn)🐉道🙇‍♀️直徑；υ爲流體(ti)的運動粘性系(xi)數；L1=l1/D是上遊取壓(yā)🛀口到孔闆🏃🏻‍♂️上遊(yóu)端面⚽的距離除(chu)以管徑的商；L2′=l2′/D是(shi)下遊取壓口到(dao)孔闆下遊端面(mian)的距離除以管(guan)徑的商（角接取(qu)壓時L1和L2′取0）；β=d/D，爲直(zhi)徑比；ρ=1390kg/m3，爲過氧化(huà)氫的密度；E爲漸(jian)近速度系數；ε爲(wèi)膨脹系數；?p爲孔(kong)闆上、下遊側之(zhī)間的壓差；p1是上(shàng)遊側壓力；k爲等(děng)熵系數。
　　在已知(zhī)各項設計參數(shu)如質量流量qm、壓(yā)差?p、上遊側壓😘力(li)p1及推進劑各種(zhǒng)性能參數的情(qing)況下，代入流量(liang)計算公式，反求(qiu)β或d，既可确定孔(kǒng)闆的尺寸。
在使(shi)用工質爲過氧(yang)化氫時，流量計(ji)算的公式可簡(jiǎn)⭐化⛹🏻‍♀️爲📐：

表1是在預(yù)設的三種設計(jì)狀态下（其餘參(cān)數已知）計算程(chéng)序得到的孔闆(pǎn)結構尺寸。

4壓差(cha)式孔闆流量計(ji)的設計驗證
　　試(shì)驗準備階段，按(àn)上述工況2和工(gong)況3分别計算的(de)結果制作孔闆(pǎn)各一個，參照要(yao)求的流量，在冷(leng)調時，流量接近(jin)工況3狀态。因此(ci)，在試驗系統上(shang)安裝這種設🚶‍♀️計(jì)狀态的孔闆🔴，冷(lěng)調時系統上串(chuàn)接一渦輪流量(liang)計，用它來校準(zhun)孔闆流量計。通(tong)過多種流量的(de)調整發🐇現，在小(xiǎo)流量和大流量(liàng)兩種狀态下工(gong)作時，孔闆的流(liú)出系數差異較(jiào)大。在額定流量(liàng)下進行三次調(diao)試👌（額定流量接(jiē)近設計流量），流(liú)出系數🌈爲恒定(dìng)值。這樣，也進一(yi)步驗證了孔❄️闆(pan)流量計設計的(de)有‼️效性和準✨确(què)性。同時，該孔闆(pan)流量計參加💋了(le)兩次過氧化氫(qīng)/煤♊油試驗，對該(gai)種流量計結構(gou)設計的可行性(xìng)也得到了驗證(zheng)。

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