求助如何计算压缩气体从小孔中喷出的瞬时流量
XZGXY2021/03/17喷气推进 IP:江苏

在一个直径1米,壁厚8毫米的钢制球形容器里,充入压缩空气,容器内外压力差为0.1MPa,然后在容器上钻一个直径3mm的小孔,当空气从小孔中喷出的时候,继续向容器内充气并保持内外压力差为0.1MPa不变,空气从小孔中喷出的瞬时流量如何计算?

如果把气体换成不同密度的气体,比如氢气,丙烷,对结果有什么影响。

如果改变容器内外压力差,比如1MPa,0.01MPa,对结果有什么影响。

如果改变容器壁厚,比如3mm,30mm,对结果有什么影响。



来自:航空航天 / 喷气推进
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~~空空如也
qwe
3年0个月前 IP:广东
892204

低压差下的情况:模型可以看作很大的截面进入细管,然后通向另一个很大的截面。其中包含管的阻力,两个口的局部阻力系数(两个加起来是1.5)和其它参数代入伯努利方程可以算流速。改变壁厚相当于加长或缩短管,也能这样算。

高压差下的话,如果流速接近音速(局部流速已超音速),流体的特性会变得很奇怪,就不能这样算了,似乎这个计算会十分复杂。

本人并没学过正经的流体力学,以上是化工原理里面的近似计算方法,如果壁比较薄可能不太准确(?)不合适请轻拍。

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琉璃冬
3年0个月前 修改于 3年0个月前 IP:俄罗斯
892331

因为不是流体专业的,有错轻拍,但是感觉这个情况有点像液机里面的气体直流喷嘴设计:以下情况都是不可压缩流动时所考虑的

  1. QQ截图20210321221108.png

我简单去算了一下。如果喷嘴型面不变,压降,温度等都是常数的情况下,如果你的是根据空气这类的气体去设计的小孔型面参数的话,一般音速较高的气体比如说氢气这类,喷出速度会变高,但是质量流量会变小,像是丙烷这类可能会增大。详情可以看一下图,左边是质量流量,下面是音速。

 2.

同以上条件,压降减小,质量流量会降

3.

对于液体来说,会影响其流量系数,因为在长通道里流动的时候难免有摩擦损失,流量系数关系到质量流量的变化。一般来说是随着通道的长径比变大,流量系数会从低到高,然后成为一个定值,之后会因为摩擦损失的问题流量系数会缓慢的下降。一般来说长径比大于3的通道就可以将流量系数视为一个不变的值了;气体可能也是这样。由于气体粘度较为液体小很多,以至于摩擦损失也比液体要小,增加壳体厚度,流量系数可能会降,但是应该降得不会太多,因此增加壳体可能会稍微降低点质量流量,但是影响不是很大。反之,喷嘴长径比过小反而可能会导致质量流量的不稳定。

计算的话,参考北京航空航天大学出版社的《液体火箭发动机推力室设计》这本教材,或者是《气体动力学》的书去看看

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m24h
3年0个月前 修改于 3年0个月前 IP:上海
892341

思路就是分成两个部分考虑

一个是流体过管子因为粘滞带来的阻力

这个可以用达西(范宁)公式(理想流体如某凝聚态超流态可以忽略)

一个是能量守恒方程(压力产生流速)

两者联立(或者代入)就可

在路上只能提供思路

具体计算可以自己试试

不过应用题是应用题实际是实际

比如内外气压差和管子两端气压差实际不是一样东西 一个是实际的 一个是理想的 而且实际上压力在截面上也不是平均分布 这时候恐怕实验数据更有经验意义


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