变比热比拉瓦尔喷管设计的数值研究

作者：詹银晓^*; 徐天艺^*; 戴万祥; 王珂; 张帅

来源：工业技术创新, 2023, 10(02): 20-31.

DOI：10.14103/j.issn.2095-8412.2023.04.003

• 拉瓦尔喷管
• 型线
• 比热比
• 马赫数
• 焰流温度

拉瓦尔喷管拥有将气体从亚音速加速至超音速的能力，具有广泛的应用场景和重要的研究意义。超音速火焰喷涂（HVOF）技术产生的较高的焰流速度和较低的焰流温度也得益于拉瓦尔喷管结构设计，其中在拉瓦尔喷管型线设计中，由于马赫数和气体温度的剧烈变化，应着重考虑比热比变化的影响。聚焦于超音速流场中真实的气体效应，采用特征线法分别设计定比热比与变比热比条件下的拉瓦尔喷管扩张段型线，借助ANSYS Fluent软件建立超音速火焰喷枪的二维轴对称数值模型，对气体流场的仿真结果进行比较。研究发现，当马赫数小于1.5时，定比热比与变比热比的型线接近，可以忽略比热比变化的影响；当马赫数大于2时，二者差异较大，比热比变化不容忽视。考虑燃烧反应后，超音速段轴线上的焰流温度分布集中且高达2 000～3 000 K；焰流在拉瓦尔喷管喉部得到充分加速，速度达到2 000 m/s；在比热比为1.32条件下设计的拉瓦尔喷管相较其他喷管在焰流速度上优化了1%～3%，并且随着轴向距离的增加，变比热比喷管具有速度降低趋势更缓慢等优点。

• 单位
  吴忠仪表有限责任公司; 宁夏大学