阅读说明：本技术 一种测量气体音速射流卷吸的质量流量方法 (method for measuring mass flow rate of gas sonic jet entrainment ) 是由 雷艳 吴悦 仇滔 李�泳 于 2019-10-31 设计创作，主要内容包括：一种测量气体音速射流卷吸的质量流量方法属于流体力学的高压气体射流质量测量领域。高压导致这种射流在喷孔出口处达到音速,气体射流出来后会不断卷吸背景气体,在射流方向上,垂直截面的运动混合气体质量不断增加。该方法是根据气体射流过程中,在出口截面和需要测量的截面动量守恒,包括五个基本步骤：实验测量射流出口端气体的质量流量；计算出口截面的当地音速；计算出口端气体的动量；实验得到射流方向上被测截面的射流速度；结合动量守恒计算该截面混合气体的质量流量并在减去出口截面质量基础上获得射流到该截面的卷吸背景气体的质量。(method for measuring the mass flow rate of gas jet entrainment includes such steps as measuring the mass flow rate of gas at outlet of jet, calculating the local sound velocity of outlet section, calculating the momentum of gas at inlet end, measuring the jet flow rate of measured section, calculating the mass flow rate of mixed gas at outlet section, and subtracting the mass of outlet section to obtain the mass of background gas.)

一种测量气体音速射流卷吸的质量流量方法

技术领域：

本发明属于流体力学的高压气体射流质量测量领域，涉及一种测量在音速出口下气体射流产生卷吸的质量流量的方法。

背景技术：

高压气体射流在航空航天、汽车、冶金、化工、食品加工等领域广泛应用。

高压导致气体射流在喷孔出口处达到音速。当气体从喷孔射流出来后，气体的流速很高，根据流速与压强的关系，当某处流速增大时，该处压强就会相应减小，因此沿射流方向的射流外表面的局部压强会降低，当压强减小到低于周围压强时，背景气体会流向射流的气体中，即被卷吸进入射流气体中并和射流气体保持相同速度，从而导致在射流方向上，垂直于截面的运动混合气体质量不断增加在高压缸内喷射的气体内燃机中，这种卷吸作用是形成缸内混合可燃气体的关键，因此有必要获得不同截面上被卷吸的背景气体质量。

针对上述情况，本发明提出一种测量在音速射流条件下垂直于射流方向的截面上卷吸的背景气体质量流量的方法。

发明内容

高压气体经喷孔流出，在射流出口端取一个无限薄的有限元，将其定义为控制截面Ⅰ，在射流方向上被测截面处取另一个无限薄的有限元，将其定义为控制截面Ⅱ。

高压气体由控制截面Ⅰ流向控制截面Ⅱ的过程中，不受外力作用，因此控制截面Ⅰ与控制截面Ⅱ内的动量守恒，可表示为：

m_Ⅰv_Ⅰ＝m_Ⅱv_Ⅱ (1)

高压导致气体在喷孔出口处会达到音速，气体以音速从出口截面出来后，速度很高，因此产生卷吸作用，背景气体会被卷吸进入气体射流方向中，这种卷吸作用在射流沿程一直发生，因此控制截面Ⅱ处混合气体的质量流量可表示为：

结合(1)式与(2)式，可得

根据(3)式得到由控制截面Ⅰ与控制截面Ⅱ的卷吸背景气体的质量流量：

实验测量射流控制截面Ⅰ气体的质量流量m_Ⅰ，可采用排水法或分压法等。

高压导致气体射流在喷孔出口处达到当地音速v_Ⅰ，根据压力可以查出该音速数值。

实验测量射流方向上控制截面Ⅱ的射流速度v_Ⅱ，可采用纹影法测得射流贯穿速度，得到该截面处高压气体的平均射流速度。

根据【0010】、【0011】和【0012】中数据代入式(4)，计算得到由控制截面Ⅰ到控制截面Ⅱ间卷吸背景气体的质量流量

附图说明

图1是气体射流不同控制截面的示意图。

图2是气体射流卷吸示意图。

图3是计算流程图。

具体实施方式

：

参照图3计算流程图。

实验测量射流出口端气体的质量流量，可采用排水法或分压法等。

计算出口截面的当地音速。

根据【0017】和【0018】的数据代入式(1)，可计算得到出口端气体的动量。

实验测量射流方向上被测截面的射流速度。可采用纹影法测得射流贯穿速度，得到该截面处高压气体射流速度。

结合动量守恒计算该截面混合气体的质量流量并在减去出口截面质量的基础上获得射流到该截面的卷吸背景气体的质量。