[发明专利]离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置

说明书

(一)技术领域：

本发明为测量离心喷嘴内高频脉动流量的一种新方法。主要应用于液体火箭发动机喷嘴研制和试验研究领域，也可以应用于环状液膜厚度动态测量及环状液流脉动流量测量等领域。

(二)背景技术：

燃烧稳定性问题是液体火箭发动机研制过程中的关键，喷嘴作为液体火箭发动机燃烧室内燃烧的组织者，其雾化掺混性能控制着燃烧完全性。有关研究表明，喷嘴的动态特性对燃烧稳定性起着非常重要的作用。所谓喷嘴动态特性，即喷嘴对压力扰动产生反应而出现流量脉动对整个工作过程的稳态参数平均值和动态特性影响。在火箭发动机研制过程中燃烧室内出现1000Hz以下的中、高频压力脉动情况非常多，而在此脉动影响下，喷嘴的流量也会产生相应频率的脉动，如何测得相应频率的喷嘴流量脉动是整个喷嘴动态特性的实验研究关键。

离心喷嘴是液体火箭发动机采用的非常广泛的喷注单元结构型式，其工作特点是喷嘴内液流旋转，在喷嘴中心线附近会形成气涡，液流的流动形式为一旋转的环形液膜，测此环形液流的中、高频脉动流量是一个世界性的技术难题。

高频脉动流量的测量在工程上也一直是难以解决的问题，离心喷嘴内液流为环形、喷嘴内部尺寸很小及避免传感器影响液流等技术要求，使得其脉动流量测量更加困难。本发明研究并实现了一种使用电导法测量出液膜厚度脉动量从而评估出流量脉动量的方法。

(三)发明内容：

本发明的目的是提供一种离心喷嘴内高频脉动流量的测量装置，它首次提出用液膜厚度脉动来评估离心喷嘴内的流量脉动，其及工作特点及原理说明如下：

离心喷嘴结构及各流动参数如图1所示，离心喷嘴的工作过程如下：液体通过切向通道进入喷嘴后产生高速旋转，在离心力的作用下，液体会在旋流室和喷口通道壁面附近形成旋转的环形液膜，中心为空气涡。在离心喷嘴内部，液体具有自由内表面的旋流，液体漩涡表面波的传播情况可用下列类型的波动方程来描述：

∂2ξ∂t2=1rm4Wm2Rm2(R2-rm22)∂2ξ∂z2---(1)]]>

公式应用于旋流腔处时取式中R＝R_vc，应用于喷口处时取R＝R_N。

表面波的传播速度为：