Дослідження впливу тиску на виході критичних сопел на їх характеристики

Abstract

Дослідження впливу тиску на виході критичних сопел на їх характеристики є актуальним питанням при вимірюванні об’єму та витрати газу. Незважаючи на значний обсяг експериментальних досліджень, проведених різними дослідниками, розв’язок проблеми в цьому напрямку не можна вважати закінченим. Проведено експериментальні дослідження впливу тиску на виході критичних сопел на величину коефіцієнта витоку сопла, а також здійснено чисельне моделювання потоку газу в критичному соплі за різних значень відношення тисків на ньому. За результатами досліджень зроблено висновок, що ефект зниження величини коефіцієнта витоку критичного сопла в діапазоні відношень тисків на ньому від 0,45 до 0,55 зумовлений взаємодією стрибка ущільнення в дифузорі сопла із граничним пристінковим шаром у перехідній зоні між горловиною сопла та дифузором. На підставі результатів досліджень зроблено практичні рекомендації щодо застосування критичних сопел.

Исследование влияния давления на выходе критических сопел на их характеристики является актуальным вопросом при измерениях объема и расхода газа. Несмотря на значительный объем экспериментальных исследований, проведенных различными исследователями, решение проблемы в этом направлении нельзя считать законченным. Проведены экспериментальные исследования влияния давления на выходе критических сопел на величину коэффициента истечения сопла, а также осуществлено численное моделирование потока газа в критическом сопле при различных значениях отношения давлений на нем. По результатам исследований сделан вывод, что эффект снижения величины коэффициента истечения критического сопла в диапазоне отношений давлений на нем от 0,45 до 0,55 обусловлен взаимодействием скачка уплотнения в диффузоре сопла с граничным пристеночным слоем в переходной зоне между горловиной сопла и диффузором. По результатам исследований сделаны практические рекомендации по применению критических сопел.

The influence of pressure on the outlet of critical nozzle on their properties is a key issue in the measurements of volume and gas flow rate. Despite the considerable amount of experimental studies conducted by different researchers, the solution of problems in this area can not be regarded as complete. Experimental study of the effect of pressure on the critical nozzles outlet on the nozzle discharge coefficient were conducted and numerical simulation of gas flow in the critical nozzle for different values of the ratio of pressure on it was carried out. The research concluded that the effect of reducing the discharge coefficient of the critical nozzle in the range of pressure ratios on it from 0.45 to 0.55 is caused by the interaction of shock waves in the diffuser nozzle with boundary layer in the transition zone between the nozzle throat and diffuser. Based on the results of studies practical recommendations on the use of critical nozzles have been made.