拉伐尔喷管的设计.pdf

拉伐尔喷管的设计 摘 要：本文针对拉伐尔喷管的几何条件和力学条件进行了推导。建立了喷管截面积变化与 流速、压强、密度、温度等流动性能参数间的关系，分析了喷管出口截面下游的外界反压对 拉伐尔喷管工作过程的影响。推导建立了拉伐尔喷管主要性能参数的计算方法。针对实际流 动损失的存在，为得到喷管的实际流动性能，对理论性能参数提出了修正方法。本文研究内 容为拉伐尔喷管的设计提供依据。 关键词：变截面；力学条件；性能参数；流动损失 1．引言 拉伐尔喷管是火箭发动机和航空发动机最常用的构件，由两个锥形管构成，如图1所示， 其中一个为收缩管，另一个为扩张管。拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。喷管的前半部 是由大变小向中间收缩至喷管喉部。喉部之后又由小变大向外扩张。燃烧室中的气体受高压 流入喷嘴的前半部，穿过喉部后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化 而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。所以，人们把这种喷管叫跨音速喷管。 瑞典工程师De Laval在1883年首先将它用于高速汽轮机，现在这种喷管广泛应用于喷气发 动机和火箭发动机。 图1 拉伐尔喷管结构图 2．拉伐尔喷管的几何条件 2．1变截面一维定常等熵流动 在变截面一维定常流动中只考虑截面积变化这一种驱动势，忽略摩擦、传热、重力等其 他驱动势，因此流动是绝热无摩擦的，即等熵流动，变截面定常等熵流动模型如图2所示。 p+dp ρ ρ p +d ρ 控制体 V+dV V T T+dT A A+dA dx 图2 变截面一维定常等熵流动模型 变截面一维定常等熵流动的控制方程组为：  m VAConst (1)  dp VdV0 (2)  1  d h V 0 2  (3)  2  2．2截面积变化对流动特性的影响 管道的形状变化可以用截面积变化dA来表示。 (a) 截面积变化对流速的影响 -可编辑修改- 对连续方程(1)取对数微分，得  d dV dA   0 (4)  V A  将(2)两边同除以 ，得 dV dp d V2   0