为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。

超音速喷嘴作为重要的能量转换装置,其主要功用是将高压气体的焓降转变为气流的动能,对于特定结构类型喷嘴,当喷嘴前后压力比达到或超过某一临界值时喷嘴的流通能力达到最大值,并被喉部面积所限制,由于气体在喷嘴中流动的复杂性,喷嘴实际的流通能力与理论设计值总有一定的差别,将喷嘴实际通过质量流量与理论质量流量的比值称作喷嘴流出系数,本文通过对某产品中应用的3种结构类型喷嘴进行空气流通试验测量,得出在喉部等效面积相同情况下3种喷嘴流出系数的差别,并为后续设计及分析计算提供试验依据.