CN108225726B - 一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，涉及声学闭端入口边界条件模拟装置领域；收缩锥、节流管、扩张锥和多孔整流栅；其中，节流管为中空圆柱状结构；收缩锥和扩张锥均为中空锥状结构；收缩锥沿轴向固定安装在节流管的轴向一端；且收缩锥的轴向小径端与节流管固定连接；扩张锥沿轴向固定安装在节流管的轴向另一端；且扩张锥的轴向小径端与节流管固定连接；多孔整流栅水平固定安装在扩张锥大径端面上；且多孔整流栅覆盖扩张锥的通孔开口；其中，收缩锥的大径端为入口段；扩张锥大径端的大径端为出口端；本发明解决了模拟声学闭端的传统结构流阻过大，且易出现严重汽蚀的问题。

Description

一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置

技术领域

本发明涉及一种声学闭端入口边界条件模拟装置领域，特别是一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置。

背景技术

在泵压式液体火箭发动机中，离心泵作为泵后输送系统入口边界，由于离心泵叶片的高速旋转，叶片内部流速很高、流体的惯性很大，使得离心泵接近于恒定流量的声学闭端边界条件。当在液流试验台上模拟离心泵的出口边界条时，按照传统模拟边界条件的方法，仅设置大压降的节流圈，液流试验台入口需设计流阻极大的节流孔板，节流压降甚至达到4～5MPa左右，不但对液流试验台带来很大的负担，而且由于节流圈压降过大，容易产生严重的汽蚀问题，改变了下游液流试验系统内部的流态，影响液流试验系统的动力学特性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，解决了模拟声学闭端的传统结构流阻过大，且易出现严重汽蚀的问题。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，包括收缩锥、节流管、扩张锥和多孔整流栅；其中，节流管为中空圆柱状结构；收缩锥和扩张锥均为中空锥状结构；收缩锥沿轴向固定安装在节流管的轴向一端；且收缩锥的轴向小径端与节流管固定连接；扩张锥沿轴向固定安装在节流管的轴向另一端；且扩张锥的轴向小径端与节流管固定连接；多孔整流栅固定安装在扩张锥大径端面上；且多孔整流栅覆盖扩张锥的通孔开口；其中，收缩锥的大径端为入口段；扩张锥大径端的大径端为出口端；且扩张锥大径端与外部下游液流试验管路连通。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述的收缩锥和扩张锥的大端内壁的扩张角均为60°。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述收缩锥大径端内径直径为80mm；扩张锥大径端内径直径为96mm；收缩锥小径端内径和扩张锥小径端内径均与节流管的内径相同。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述节流管的内径为40mm，轴向长度为300mm。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述扩张锥和多孔整流栅之间采用O形圈密封。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述节流管内部的流通横截面面积为外部下游液流试验管路横截面面积的15％～20％；节流管内部流速为下游液流试验管路流速的5.76倍。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述多孔整流栅为圆形板状结构；多孔整流栅沿周向均匀环绕设置86个圆形通孔。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述圆形通孔直径为5mm。

在上述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，所述86个圆形通孔的总流通面积为节流管面积的1.3～1.5倍。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明中细直径节流管内部液体流速高，惯性大，可以增大流动的惯性(感抗)，收缩锥和扩张锥具有一定的局部压降，可以增大流阻。通过同时增大惯性(感抗)和流阻的形式，以增大阻抗的绝对值，以较小的流阻达到高阻抗的效果，既满足声学闭端的高阻抗要求，又能大幅减轻试验台负担；

(2)本发明中多孔整流栅既具有一定的局部压降，还能起到流场均匀的效果，防止节流管产生高速中心射流改变下游液流系统的流场。

附图说明

图1为本发明模拟装置中心剖视示意图；

图2为本发明出口端侧视方向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为模拟装置中心剖视示意图，由图可知，一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：包括收缩锥1、节流管2、扩张锥3和多孔整流栅4；其中，节流管2为中空圆柱状结构；收缩锥1和扩张锥3均为中空锥状结构；收缩锥1沿轴向固定安装在节流管2的轴向一端；且收缩锥1的轴向小径端与节流管2固定连接；扩张锥3沿轴向固定安装在节流管2的轴向另一端；且扩张锥3的轴向小径端与节流管2固定连接；多孔整流栅4固定安装在扩张锥3大径端面上；且多孔整流栅4覆盖扩张锥3的通孔开口；其中，收缩锥1的大径端为入口段；扩张锥3大径端的大径端为出口端；且扩张锥3大径端与外部下游液流试验管路连通。

其中，收缩锥1和扩张锥3的大端内壁的扩张角均为60°。收缩锥1大径端内径直径为80mm；扩张锥3大径端内径直径为96mm；收缩锥1小径端内径和扩张锥3小径端内径均与节流管2的内径相同。节流管2的内径为40mm，轴向长度为300mm。扩张锥3和多孔整流栅4之间采用O形圈密封。节流管2内部的流通横截面面积为外部下游液流试验管路横截面面积的15％～20％；节流管2内部流速为下游液流试验管路流速的5.76倍。

如图2所示为出口端侧视方向的示意图，由图可知，多孔整流栅4为圆形板状结构；多孔整流栅4沿周向均匀环绕设置86个圆形通孔。圆形通孔直径为5mm。86个圆形通孔的总流通面积为节流管2面积的1.3～1.5倍。

收缩锥1、节流管2、出口锥3焊接在一起，在收缩锥1和扩张锥3的端面上设置法兰，分别可以与上游试验台和下游液流试验系统连续。整流栅4安装在扩张锥3出口处，整流栅4与扩张锥3之间采用O形圈密封。收缩锥1入口端直径为Φ80mm，与上游试验台管路直径相同，扩张锥3出口端直径为Φ96mm，与下游液流试验系统管路直径相同。

在液流试验过程中，将该装置安装在需要模拟声学闭端边界条件的液流试验系统的入口部位。液体从收缩锥流入，经过细直径节流管、扩张锥，从多孔整流栅流出，进入下游的液流试验系统。节流管2内部流速为下游液流试验系统管路流速的5.76倍，流体的惯性高，收缩锥1、扩张锥3、整流栅4的局部压降明显，从而该装置对液体中的声学振荡形成了高阻抗效果。经过动态液流试验验证，该装置良好地模拟了下游液流试验系统的声学闭端入口边界条件。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：包括收缩锥(1)、节流管(2)、扩张锥(3)和多孔整流栅(4)；其中，节流管(2)为中空圆柱状结构；收缩锥(1)和扩张锥(3)均为中空锥状结构；收缩锥(1)沿轴向固定安装在节流管(2)的轴向一端；且收缩锥(1)的轴向小径端与节流管(2)固定连接；扩张锥(3)沿轴向固定安装在节流管(2)的轴向另一端；且扩张锥(3)的轴向小径端与节流管(2)固定连接；多孔整流栅(4)固定安装在扩张锥(3)大径端面上；且多孔整流栅(4)覆盖扩张锥(3)的通孔开口；其中，收缩锥(1)的大径端为入口段；扩张锥(3)的大径端为出口端；且扩张锥(3)大径端与外部下游液流试验管路连通。

2.根据权利要求1所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述的收缩锥(1)和扩张锥(3)的大端内壁的扩张角均为60°。

3.根据权利要求2所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述收缩锥(1)大径端内径直径为80mm；扩张锥(3)大径端内径直径为96mm；收缩锥(1)小径端内径和扩张锥(3)小径端内径均与节流管(2)的内径相同。

4.根据权利要求3所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述节流管(2)的内径为40mm，轴向长度为300mm。

5.根据权利要求4所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述扩张锥(3)和多孔整流栅(4)之间采用O形圈密封。

6.根据权利要求5所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述节流管(2)内部的流通横截面面积为外部下游液流试验管路横截面面积的15％～20％；节流管(2)内部流速为下游液流试验管路流速的5.76倍。

7.根据权利要求6所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述多孔整流栅(4)为圆形板状结构；多孔整流栅(4)沿周向均匀环绕设置86个圆形通孔。

8.根据权利要求7所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述圆形通孔直径为5mm。

9.根据权利要求8所述的一种液流系统声学闭端入口边界条件模拟装置，其特征在于：所述86个圆形通孔的总流通面积为节流管(2)面积的1.3～1.5倍。