喷嘴设计

喷嘴设计计算

一、已知数据

CH4、O2都按照理想气体计算，并且氧气中只含有O2，天

然气进料中只含有甲烷。

a)进料

Q O2=10L/min

Q CH4=20L/min(室温下，20o C,0.2MPa)

b)温度、压力

进料温度，从室温预热至500o C，压力按照理想气体计算

得到

c)进料速度

根据气体燃料喷头的设计取得

O2进料速度设定为u1=40m/s

CH4进料速度设定为u1=150m/s

d)符号

Q——体积流量，L/min;

u1、u2分别为O2的进料、出口速度，m/s;

u1、u2分别为CH4的进料、出口速度，m/s;

Di、Do、D*分别是O2进口、出口、喉、口直径，mm；

di、do分别是CH4的进口、出口直径，mm；

L1、L2——喷嘴喉、口前后两端的长度，mm；

α——喷头的锥度

二、主流道的尺寸计算

O2由室温条件预热到500 o C，体积膨胀，体积流量变大，由理想状态方程，得

①

假设气体压力保持不变，则得出

Q O2=26.4L/min

由气体流量计算Q=Su

以及圆面积公式③

得出Di=3.7mm 可以约等于Di=4mm

修正进料速度u1=35m/s

由切割喷嘴的参考经验，

入口直径Di=（2）D*,取2 D*，则D*=2mm

由声速④

得声速c=95m/s

其中——气体绝热指数，O 2为1.4

R——气体常数，取8.314，J/〔mol·K〕

T——绝对温度，K

马赫数⑤

计算得Ma=0.37

*5

.12651D M M D o ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= ⑥ 得Do=2.5mm ，

喷嘴入口收缩长度L1=(0.8)Di ，L1=4mm

喷嘴出口超音速长度L2大于2Do ，取4Do=10mm 喷嘴的喉口段长度可以用短的直线段（长度为2

mm ）加上

两端过渡到两个圆锥相切的圆弧来形成。 三、副流道核算

由文献可知，一般情况下，主流道与副流道的压力比为4，所以副流道的压力是0.05Mpa ，由①式得，Q CH4=211L/min

再由 ③式算出di=5.46mm ，取di=5.5mm

还可以由另外一种方法得出，预热氧气与天然气进口面积之比是1：2，

则di=Di=5.5mm ，两者结果一致

设计时。在入口上开8个圆孔，如图

图1 气体喷嘴俯视图

重新核算速度，

=140m/s

出口和入口面积一样，所以速度相等，为140m/s