极小流量音速孔板流量特性地研究.pdfVIP

极小流量音速孔板流量特性的研究 王建中1 党志勇2 1.中国计量科学研究院，北京1000132.北京北广电子集团公司，北京100012 摘 要 本文介绍极小口径空气流量音速孔板的流量特性。对形成临界流的条件进行了分析计算，给出了一维 流量分析计算，二维，三维流场CFD计算云图及马赫数，克努森数的分布云图.给出了结构优化方案。 直径≤10μm，长度≥100μm，质量流量最小4×10-8kg/s. 关键词 计量;流量;流量计量;孔板 AStudyontheFlowCharacteristicsofExtremelyLowVolumeFlowSonic Orifice JianzhongWang1 ZhiyongDang2 1.NationalInstituteofmetrology,Beijing100013,China;2.BeiguanElectronicGroupInc.Beijing100012,China Abstract: Thisarticleintroducestheflowcharacteristicsofextremelysmalldiameterairflowsonicorifice.Itperformed calculationsofsonicconditionsoftheformationofcriticalflow,gaveananalyticalcalculationof2-D,3-Dflow fieldCFDcalculationcloudchart,andMachNumber,KnudsenNumberdistributioncloudchart.Itgavethedesign optimizationmethod.Diameterlessorequalto10 μm,lengthgreaterorequalto100μm.Minimalmassflowrate 4e-8kg/s. Keyword: Metrology;Flow;Flowmeasurement;Orifice 2010年全国流量测量学术交流会论文集 B，3—3到5—5是轴对称锥管，锥角为Q；5．5到4．4 是等截面直管，是音速孔板的工作段，管长为L， u 管径为d(直径10m)，；4．4到2．2是等截面出口 圆管。人口处马赫数M≤1，相应参数是P0，v，， Ⅵ T0，由设计保证；经过锥管加速，锥管出口达到马 一Dl 赫数等于1；进入4—4管入口截面，达到马赫数M T ≥l；达到出口管2．2截面时马赫数小于1，对应 参数是P。，V：，T。。气体由亚音速进入经过锥管加 速，再经过有摩擦的直管减速。其间假定为①一维 流动；②等熵；③连续；④完全气体流动；⑤无功 图一1音速孔板示意 率和热量交换。在此假设下，利用连续方程，动量 方程，能量方程，状态方程推导出流量公式。在此流量公式基础上探讨影响流量的因素，分 析误差。 音速孔板是建立在等截面圆管绝热有摩擦的流动模型上的。决定孔板流动能否出现临界 流有多个因素，①临界压力比(出口压力P。比进口滞止压力P。)；②流体和边界间的摩擦， 由于摩擦必须具有的管长；③进出口几何形状(包括粗糙度)；④微观流动弛豫(主要是振 动弛豫)能量；⑤克努生数；⑥雷诺数；⑦马赫数；⑧普朗特数等。出现临界流的充分必要 条件是在孔板工作段进出口间，存在马赫数M等于1的流动。 (1)流量公式㈣17】[6] 取l—l，2．2截面，其间管壁到两截面间为控制体，根据流动诸方程f假定保持连续，绝 热，绝能)，根据气体动力学原理导出的流量公式为式(1) 旷q√焉慨(等尸2·竿 ㈣ 式中，o是流出系数；m是分子量；R是通用气体常数；瓦是孔板前滞止温度；R是 孔板前滞止压力；尼是气体等熵指数：d是孔板孔径。 (2)临界压力比 已经设定流动是绝热绝能的。出口背压