摘要(yao)：論述了液體火(huo)箭發動機用過(guò)氧化氫作爲推(tui)進劑進行試驗(yan)的過程中流量(liàng)測量可采用的(de)方式。提出了壓(ya)差式孔闆流量(liang)計 測量和角接(jie)式取壓結構在(zai)過氧化氫/煤油(yóu)發動機試驗✊中(zhōng)的應用技術。針(zhēn)對過氧化氫/煤(mei)油發動機試⛷️驗(yàn)中流量測量提(tí)出了研究需要(yao)解決的關鍵技(ji)術。
1引言
　　在過氧(yang)化氫/煤油發動(dòng)機試驗中，因爲(wei)過氧化氫的特(te)殊✉️性質，決🌈定了(le)試驗系統在組(zu)建時對管道、閥(fa)門👣等組件材料(liao)有特殊要求⭐。又(yòu)因發動機爲擠(jǐ)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(xing)和強度兩方面(mian)同時考慮。
因爲(wei)1Cr18Ni9Ti與過氧化氫爲(wèi)二級相容，同時(shí)，它在材料方面(miàn)具有很好的綜(zōng)合力學性能，可(ke)用于高壓擠壓(ya)式試驗系統中(zhōng)👨‍❤️‍👨。因此在流量計(ji)選材時可采用(yòng)1Cr18Ni9Ti材料。
　　在用于過(guò)氧化氫系統時(shi)，常規的流量計(ji)有 渦輪流量計(jì) 、 靶式流量計 、質(zhì)量流量計等。但(dàn)其測量方式、密(mi)封形式及材質(zhì)方面都因爲與(yu)🌏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(yīn)此，在過氧化氫(qing)/煤油發動機試(shi)驗的研制過程(cheng)中，必須盡快地(di)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(quán)性和可靠性研(yan)究工作。
孔闆流(liú)量計 的結構簡(jiǎn)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(shí)現也較爲容易(yì)，同時設計壓力(lì)在選✏️擇時無局(ju)限性。孔闆流量(liàng)計在實際使用(yong)當中🐇，通過對孔(kong)闆前♋、後壓力♊的(de)測量來轉化成(cheng)流量的測量。因(yin)此壓力的獲得(dé)應力求準确，在(zài)設計上采用了(le)♋角接式取壓☁️結(jié)構。
　　壓差式孔闆(pan)流量計适用于(yú)圓管流的流量(liàng)測量。在管内❌設(shè)置孔闆，當有流(liu)體流過時，在其(qi)上、下遊側之間(jian)就會産生靜壓(ya)差。在有🏃‍♂️關參數(shu)已知的條件下(xia)，該靜壓力與流(liu)體🛀🏻流量之間有(you)确定的數值關(guan)系（詳見孔闆計(ji)算😍）。
2孔闆流量計(jì)的設計結構
2.1孔(kong)闆的技術要求(qiú)
　　孔闆的結構如(rú)圖1所示。孔闆的(de)上遊端面應是(shi)平整的，其😄表面(mian)✊任何兩點的連(lian)線對垂直于中(zhong)心線平面的斜(xié)率應小于⭐1％。此時(shi)，可忽🌂略孔闆表(biǎo)面上不可避免(miǎn)的、肉眼看不見(jian)的局部缺陷。在(zài)與孔闆同心的(de)直徑不小于1.5d的(de)圓的範圍内，應(yīng)保證孔闆上遊(yóu)端面的粗糙度(du)準則dRa410?≤。下遊端面(miàn)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(hé)0.02D之間，在銳孔上(shang)任何點所測得(de)的e值之♻️間的差(cha)不得大于0.001D。
(2)孔闆(pǎn)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(kǒng)闆下遊應做🔅成(cheng)👈傾🙇🏻斜面，斜面應(yīng)加工得光滑。斜(xié)面角應在30°～45°之間(jiān)。
(4)邊緣G、H、I應是尖銳(rui)的既無劃痕也(yě)無毛刺。
　　銳孔應(ying)是圓筒形的，并(bìng)垂直于上遊端(duān)面。孔徑d值應至(zhì)少取四個🔞不同(tóng)測量方向直徑(jìng)的平均值。這四(si)個直徑應按🈲彼(bǐ)此🤩大緻相等的(de)角距離分布在(zai)幾個軸向平面(mian)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(liàng)計的安裝
　　在實(shí)際的設計當中(zhōng)，孔闆應設計爲(wei)可拆卸式結構(gou)，一種孔闆不可(ke)能适應任何工(gong)況。即在所有的(de)工作區間，孔闆(pan)的流出系🌈數并(bìng)非恒定不變。在(zai)孔闆的設計區(qū)内工作時，流量(liang)的測量值可信(xin)度較高，在非設(shè)計區内工作時(shí)，流量的測量值(zhi)可能會出現失(shī)真現象。按照試(shi)驗時貯箱的工(gong)作壓力對法蘭(lan)進行結構設計(ji)。連接形式見圖(tú)2。
　　 在使用中，孔闆(pǎn)結構可設計爲(wei)放大狀态下的(de)密封墊🌏。兩頭💃采(cǎi)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用活套法蘭結(jie)構，與管路連接(jiē)，中間爲起密封(fēng)作用的孔闆。在(zai)⛱️孔闆⛱️的前、後分(fen)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(jie)時形成的内腔(qiāng)來實現取壓環(huan)的結構。
這種結(jie)構在完成有效(xiào)密封的前提下(xia)，使角接式取壓(ya)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(qiú)。

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(shi)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(fāng)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(cǎi)取了角接取壓(yā)結構。角接取壓(yā)😘的結構形式見(jiàn)☔圖3所示。

　　取壓口(kou)的中心線與孔(kǒng)闆的相應端面(miàn)之間的間距等(deng)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(chuān)透管壁的取壓(ya)口與孔闆兩端(duān)面正好取平。圖(tú)3參數的取值如(ru)下：a爲環隙寬度(du)，對任意β值在測(ce)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(xi)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(yu)管子内⚽部的開(kai)💞口總面積的一(yī)半；j爲直徑，連接(jiē)環室和二次裝(zhuāng)置的取壓口是(shi)管壁取壓，穿透(tòu)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(mian)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(tǐ)的運動粘性系(xì)數；L1=l1/D是上遊取壓(yā)口到孔闆上遊(you)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(zhí)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(wei)膨脹🆚系數；?p爲孔(kǒng)闆上、下遊側之(zhi)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(shù)如質量流量qm、壓(yā)差?p、上遊側壓🥰力(li)p1及推進劑各種(zhong)性能參數的情(qing)況下，代入流量(liàng)計算公式，反求(qiu)β或d，既可🍉确定🔅孔(kong)闆的尺寸。
在使(shǐ)用工質爲過氧(yǎng)化氫時，流量計(jì)算的公式可簡(jiǎn)化爲：

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

4壓差(chà)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(gōng)況3分别計算的(de)結果制作💃🏻孔闆(pan)🏃‍♀️各一個，參照要(yào)求的流量，在冷(leng)調時，流量接近(jin)工況3狀态。因此(cǐ)，在試驗系統上(shàng)安裝這種設計(jì)狀态的孔闆，冷(lěng)調時系統上串(chuan)接一渦輪流量(liang)計，用它來校準(zhun)孔闆流量計。通(tōng)過多種流量的(de)調整發現，在小(xiao)流量和大流量(liàng)兩種狀态下工(gōng)作時，孔闆的流(liu)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(liu)出系數爲恒定(dìng)值。這樣，也進一(yī)步驗證了孔闆(pan)流量計設計的(de)⭕有效性和準确(que)性。同時，該孔闆(pǎn)流量🛀🏻計參加了(le)兩次過氧化氫(qing)/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(zhèng)。

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