CN101738227A

CN101738227A - 液体氧化亚氮流量控制测量的装置和方法

Info

Publication number: CN101738227A
Application number: CN200810225989A
Authority: CN
Inventors: 蔡国飙; 李茂�; 李君海; 俞南嘉
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-06-16

Abstract

液体氧化亚氮流量控制测量装置和方法，属于流量控制与测量领域。测量装置包括文氏管(2)、压力传感器(1，3)、压力传感器接头(4，5)、信号传输线(6)和计算机(7)，在文氏管入口端和喉部安排压力测量孔(8，9)，采用压力传感器测量文氏管入口端和喉部的液体氧化亚氮液体压力，得到压力输出曲线，然后采用一定的方法计算得到液体氧化亚氮的流量。由于采用了直接测量喉部压力的方法，因此解决了现有采用入口温度推导喉部压力的方法不能准确计算液体氧化压氮流量的问题。具有结构简单、成本降低等优点。

Description

液体氧化亚氮流量控制测量的装置和方法

【技术领域】

本发明涉及一种液体氧化亚氮流量控制和测量的装置和方法。

【背景技术】

在液体火箭发动机输送系统的液体流量控制系统中，气蚀文氏管是一种常用的方案，通过测量文氏管前压力已知的液体的喉部压力、密度、文氏管喉径及经验系数计算获得液体流量。

公知的是，液体处于气蚀状态时文氏管喉部压力即为来流液体温度对应的饱和蒸汽压。因此根据来流液体温度通过工具手册可以查得对应的饱和蒸汽压，即喉部压力。该方法对于饱和蒸汽压随温度变化不敏感的液体是可靠的，流量控制和计算比较准确。但是对于氧化亚氮这种饱和蒸汽压随温度变化明显的液体，采用这种方法计算无法获得准确流量。

液体氧化亚氮在文氏管流动过程中，流速变化引起静温变化，同时在喉部气蚀时，气蚀部分的氧化亚氮吸收液体部分的氧化亚氮温度，导致喉部液体氧化亚氮温度下降，其对应压力与当地温度下计算氧化亚氮饱和蒸汽压有很大差别，因此不能采用来流液体温度得到饱和蒸汽压来计算流量。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种液体氧化亚氮流量控制和测量的装置和方法。针对不能应用来流温度计算液体氧化亚氮饱和蒸汽压的问题，直接采用测量压力的方式来获得喉部压力，即饱和蒸汽压；再利用获得的参数计算液体氧化亚氮流量。

液体氧化亚氮流量控制和测量装置，包括文氏管(2)、压力传感器(1，3)、信号线(6)、计算机(7)，文氏管(2)入口端设有压力测量孔(8)，文氏管喉部设有压力测量孔(9)，压力测量孔处设有压力传感器接头(4，5)，压力传感器(3)设置在测量孔(8)处，压力传感器(1)设置在测量孔(9)处，通过信号线(6)将测得的压力传送到计算机(7)得到压力输出曲线，文氏管前没有温度测量装置。所述的装置测量并计算液体氧化亚氮流量的方法，其特征在于：(a)测量文氏管入口端压力P和喉部压力Ps；(b)利用喉部压力Ps计算当地温度T；(c)利用当地温度T计算液体氧化压氮在喉部的密度；(d)计算液体氧化压氮流量。

本发明的液体氧化亚氮流量测量方法的优点和积极效果在于：(1)采用了喉部可测压的气蚀文氏管，可以准确测量喉部压力，解决了氧化亚氮饱和蒸汽压随温度敏感的问题；(2)采用喉部压力计算密度，无需测量液体氧化亚氮温度来计算密度，因此减少温度传感器的装置，简化了结构，降低了成本；(3)实现了液体氧化亚氮流量的准确测量。

本发明所述的装置和方法可用于所有饱和蒸汽压随温度变化敏感的液体，而不仅限于氧化压氮。

【附图说明】

图1是文氏管装置

【具体实施方式】

下面结合附图用实施例来进一步说明本发明。

液体氧化亚氮流量控制采用文氏管，其结构如图1所示。文氏管入口和喉部开孔与压力传感器接头相连接，压力传感器接于传感器接头上。液体氧化亚氮流经文氏管气蚀时，通过压力传感器测得其入口压力和喉部压力通过信号输入线传入计算机中。

设测量入口压力和喉部压力分别为P，P_S，流量计算分2步：

第一步：计算液体氧化亚氮的密度

根据文氏管气蚀的原理，液体氧化亚氮在喉部的气蚀压力等于其当地温度下的饱和蒸汽压，饱和蒸汽压与当地温度T的对应关系为：

T＝B/[A-log₁₀(P_S/100000)]-C (1)

式中：A＝4.807；B＝967.820；C＝19.638；温度适应范围：140K-310K。

密度于当地温度的关系为：

ρ = M (A / B^{1 + {(1 - T / C)}^{D}}) - - - (2)

式中：M为相对分子质量；A＝2.781；B＝0.272；C＝309.57；D＝0.288；温度适应范围：160K-310K。

第二步：计算液体氧化亚氮流量

液体氧化亚氮流量计算公式：

\overset{\cdot}{m} = μA \sqrt{2 ρ (P - P_{S})} - - - (3)

式中：μ为经验系数，A为文氏管喉部面积。

Claims

1.液体氧化亚氮流量控制和测量装置，包括文氏管(2)、压力传感器(1，3)、压力传感器接头(4，5)、信号线(6)、计算机(7)，文氏管(2)入口端设有压力测量孔(8)，压力传感器(3)设置在测量孔(8)处，通过信号线(6)将测得的压力传送到计算机(7)得到压力输出曲线，其特征在于：文氏管喉部设有压力测量孔(9)，文氏管前没有温度测量装置。

2.根据权利要求1所述的液体氧化亚氮流量控制和测量装置，其特征在于：所述压力测量孔处设有压力传感器接头，压力传感器设于压力传感器接头上。

3.利用权力要求1所述的装置测量并计算液体氧化亚氮流量的方法，其特征在于：

(a)测量文氏管入口端压力P和喉部压力Ps；(b)利用喉部压力Ps计算当地温度T；

(c)利用当地温度T计算液体氧化压氮在喉部的密度；(d)计算液体氧化压氮流量。