流体型气流破碎装置构件微机帮辅预设

　　收敛段和喉部型线根据气流粉碎机的产量，按气固比要求推算耗气量，确定所需喷嘴个数，从而可以得到每个喷嘴的气体质量流率m，再测得气体的驻点温度T 0和驻点压力p 0，则喉部面积A 1为A 1 = m p 0 RT 0′1/ 2′+ 1 2（′+ 1） / 2（′- 1）式中：′为气体比热容比， R为气体常数。由喉部面积A 1可推知喉部半径r 1： r 1 = （ A 1 / ）1/ 2。

　　收敛段型线设计成维托辛斯基曲线。收敛段上任一截面半径r = r 1 L -〔L - （ r 1 / r 0）2〕（ L - 3x 2 / l 2 1）2（ L + x 2 / l 2 1）3 - 1/ 2式中： r 0为进口截面半径， x为任一截面距喷嘴进口截面之距离， l 1 = 3 L ， L为收敛段长度。喉部型线设计成圆弧形，圆心在y轴上。

　　扩散段型线设计初值线的确定本系统是在声速线的下游找出一条M > 1的曲线作为初值线进行喷嘴后续部分的设计。为喷嘴喉道区几何形状示意图。喉部半径o′T= r 1，喉部型线曲率半径To″= r t。设声速线与喷嘴轴线o′x交于o，取点o作为分析流场所用的坐标系原点。

　　引入速度势函数求解，并用y轴方向速度分量v y = 0所对应的曲线作为初值线，求出的几何形状及流动参数喷嘴扩散段特征线网初值线方程为x = - （′+ 1） ay 2 / 2（ 3+ ） L .设距离o′o为，则= - （′+ 1） ar 2 1 / 2（ 3+ ） L .

　　初值线上的速度分布为v x = a〔ax - + （′+ 1） a 2 y - 2 / 2（ 1 +）〕式中： a=〔（1+ ） / （ 1+′）r t r 1〕1/ 2 L ； x - = x / L ； y - = y/ L ； L = r t + r 1； = 1.扩散段型线的确定将扩散段分成Q、P、H三个区域进行解析1。（ 1） Q区解析已知初值线AB后，根据内部点轴对称点的处理方法〔1〕，利用基本方程计算，循环往复直至得到A C，即初值线所决定Q区的边界特征线各节点的几何与流动参数。

　　用Tx （ 0）和T r（ 0）、T v（ 0）、Tst（ 0）和Tmu（ 0）表示初值线决定的Q区*右边界特征线的x、r、v、和的值；用czx （ 0）、czr（ 0）、v c（ 0）、st（ 0）和mu（ 0）表示中间计算过程流场的x、r、v、和值。 S点存放中间计算结果； w和j为循环变量， w的*后值表示A C线上求出的点的个数。 Q区程序框图。

　　（ 2） P区解析利用壁面点逆处理方法，在喉部过渡段的圆弧上每隔几度预定一个壁面点，就可以得到壁面点的流动参数〔1〕。由**个确定出的壁面点参数可以确定该点所在的整个特征线。同样，计算出下一个壁面点及其所在的特征线，循环往复，直至求出壁面点所在特征线与x轴交点的马赫数达到设计马赫数Ma（马赫角为a） . FD特征线为P区的*右特征线， F点对应喉部过渡段型线的端点，程序框图。 W为求出的AC线上的点的个数；Tx （ 0）、T r（ 0）、T v（ 0）、Tst（ 0） ）及Tmu（ 0）在**次循环时表示Q区解析出的AC线上的点的参数，在以后的循环中表示计算出的P区中的一条特征线上点的参数，*后表示P区*右特征线FD上点的参数； B代表壁面点； S存放中间计算结果； j为循环变量。

　　（ 3） H区解析喷嘴出口处马赫数应等于设计马赫数M a，所以出口处特征线一定是马赫角为a= arcsin（ 1/ Ma）的直线。因此，过D点（）作一条与x轴夹角为a的直特征线一定通过待定点E，而且ED特征线上处处有M = M a， v= v a， p = p a。通过特征线ED的质量流率必须等于通过特征线A C的质量流率，即m AC = m ED。由此可定出E点位置： r E =（ m AC / a v a）1/ 2， x E = x 0 + r E / tg a.接着就可以确定FE边界了。把ED线分成若干段，得到一系列点，点上的流动参数和几何参数都可求得，即均为已知。壁面点h的位置仍由质量守恒方程m AC = a v a r 2 H +∫r h r H v x rdr确定。式中：、v x取特征线hh 1上各网格点的值，通过数值积分可定出边界点h，重复此过程可求出一系列边界点确定边界。用m表示计算到任一新点Q区解析程序框图P区解析程序框图H区解析程序框图时，该点所在特征线及其与ED交点所在垂直面的流量之和； T 0在**次循环时表示特征线FD上点的参数，以后表示由ED上一点计算出的特征线上点的参数； W为Q区计算出的FD特征线点的个数； n表示ED上点的个数， H 0表示ED上点的参数； i、j为循环变量； S存放中间结果。程序框图。

　　运行实例初始设计参数喷嘴进气量： 0. 883 216 6 m 3 / s；喷嘴个数： 16；气体滞止压强： 7. 85实例图形M Pa；气体滞止温度： 282 K ；气体比热容比：′= 1. 4；气体常数： R= 287. 06 J/ （ kg K ） ；气体密度：= 1. 225 kg/ m 3；设计马赫数： Ma= 2. 5；进气口马赫数：M = 0. 05；喉部半径： r 1 = 30 mm；收敛段长度： 20 mm.实例生成的图形，数据略。

　　结束语本文采用定常二维无旋流的数值方法特征线法，将超音速气流粉碎机喷嘴的管壁型线设计成流线型，降低了气流流经喷嘴的能量损耗，有利于提高喷射效率。所开发的CAD系统采用参数化设计，具有良好的用户界面和文件管理功能。同时，数控及特种加工技术的发展为复杂结构的喷嘴加工提供了保证。结果表明定常二维无旋流的数值方法特征线法是气流粉碎机喷嘴设计行之有效的方法之一。