(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111663131.4 (22)申请日 2021.12.3 0 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114280220 A (43)申请公布日 2022.04.05 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 姜雪　张齐英　黄佐华　 (74)专利代理 机构 北京睿智保诚专利代理事务 所(普通合伙) 11732 专利代理师 韩迎之 (51)Int.Cl. G01N 31/12(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (56)对比文件 CN 110569547 A,2019.12.13CN 113091083 A,2021.07.09 CN 108717487 A,2018.10.3 0 US 8484980 B1,2013.07.16 Jhon Pareja 等.Lami nar burn ing velocities and flame stabi lity analysis of hydrogen/air premixed flames at l ow pressure. 《internati onal journal of hydrogen energy》 .201 1,(第36期),第6 317- 6324页. 柯发伟等.点火形状对激光推力器 推进性能 的影响. 《装备指挥技 术学院学报》 .20 09,(第05 期), 夏陈超等.压缩性 修正对γ-Re_θ转捩 模型 的影响研究. 《空气动力学 学报》 .2015,(第0 5 期), 审查员 付林娜 (54)发明名称 一种可形成均匀速度场 的对冲火焰喷管设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种可形成均匀速度场 的对 冲火焰喷管设计方法， 应用于基础燃烧研究及对 冲火焰实验装置领域。 喷管从气流入口至气流出 口划分为： 喷管扩散段、 喷管过渡段、 喷管收缩 段； 包括： 根据喷管收缩段的几何参数确定喷管 扩散段、 喷管过渡段； 对喷管收缩段的轮廓进行 约束， 得到喷管收缩段的轮廓表达式； 根据 喷管 收缩段的轮廓表达式计算喷管收缩段的评估参 数； 判断喷管收缩段的评估参数是否符合要求， 若符合， 则得到喷管收缩 段模型； 若不符合， 则返 回调整对喷管收缩段的轮廓约束， 直到符合要 求， 得到喷管收缩段模型为止。 该方法不仅使实 验区域内形成均匀的出口速度分布， 并且有效降 低了边界层厚度， 从而保证了对冲火焰实验数据 的有效性。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 114280220 B 2022.10.21 CN 114280220 B 1.一种可形成均匀速度场的对冲火焰喷管设计方法， 喷管从气流入口至气流出口划分 为： 喷管扩散段、 喷管 过渡段、 喷管收缩段； 其特征在于， 包括： 步骤(1)根据所述喷管收缩段的几何参数确定所述喷管扩散段、 所述喷管 过渡段； 步骤(2)对所述喷管收缩段的轮廓进行约束， 得到所述喷管收缩段的轮廓表达式； 步骤(3)根据所述喷管收缩段的轮廓表达式计算所述喷管收缩段的评估参数； 步骤(4)判断所述喷管收缩段的评估参数是否符合要求， 若符合， 则得到喷管收缩段模 型； 若不符合， 则返回调整步骤(2)中对 所述喷管收缩段的轮廓约束， 直到 符合要求， 得到所 述喷管收缩段模型为止； 步骤(2)中， 通过一个八阶多项式对所述喷管收缩段的轮廓进行约束， 所述八阶多项式 为： r0(x)＝a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7 其中， r0为所述喷管收缩段的局部半径， x为所述喷管收缩段的轴向坐标； 设定所述喷管 收缩段的出入口位置的斜 率曲率为零； 通过设定所述喷管收缩段上两个不同的轴向坐标对应的局部半径， 求解所述八阶多项 式， 得到所述喷管收缩段的轮廓表达式； 步骤(3)中， 所述喷管收缩段的评估参数包括所述喷管收缩段的边界层动量厚度θ、 所 述喷管收缩段的边界层厚度 δ、 所述喷管收缩段的可表征边界层转捩的参数G。 2.根据权利要求1所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 步骤(1)中， 所述喷管收缩段的几何参数包括所述喷管收缩段的出口直径、 所述 喷管收 缩段的面积收缩比、 所述喷管收缩段的长度。 3.根据权利要求2所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 所述喷管扩散段的入口直径与所述喷管收缩段的出口直径相同； 所述喷管扩散段采用 渐扩设计， 且所述喷管扩散段的面积扩张比与所述喷管收缩段的面积收缩比相同； 所述喷 管扩散段的长度与所述喷管收缩段的长度相同。 4.根据权利要求2所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 所述喷管过渡段平行于轴向； 喷管收缩段的入口直径为所述喷管收缩段的出口直径的 平方与所述喷管收缩段的面积收缩比之积的开方， 所述喷管过渡段的出入口直径与所述喷 管收缩段的入口直径相同； 所述喷管 过渡段的长度大于所述喷管收缩段的长度。 5.根据权利要求1所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 所述喷管收缩段的边界层动量厚度 θ 的计算方法为： 其中， θ为所述喷管收缩段的边界层动量厚度； r0为所述喷管收缩段的局 部半径； U为所 述喷管收缩段的局部流速； ν 为 流体的运动粘度； x为所述喷管收缩段的轴向坐标；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114280220 B 2所述喷管收缩段的边界层厚度 δ 的计算方法为： Hδ＝ δ/θ Hδ≈7.85+2.8 [1‑exp(‑750 λ3)],0≤ λ≤0.4 ≈7.85+10.5 λ +232.14 λ2,‑0.082≤ λ≤ 0 引入Holstein ‑Bohlen参数λ； 定义Hδ为所述喷管收缩段的边界层厚度 δ与所述喷管收缩 段的动量厚度θ 的比值， 并给出了不同λ范围内Hδ与 λ相关的表达式； 在计算得到所述喷管收 缩段的边界层动量厚度 θ后， 可 得到所述喷管收缩段的边界层厚度 δ； 所述喷管收缩段的可表征边界层转捩的参数G的计算方法为： 其中， G(x)为Gortler参数； Reθ为基于动量厚度的雷诺 数； θ 为所述喷管收缩段的边界层 动量厚度； r0为所述喷管收缩段的局部半径； ν为流体的运动 粘度； x为所述喷管收缩段的轴 向坐标。 6.根据权利要求1所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 步骤(4)中， 所述喷管收缩段的评估参数要求为： 所述 喷管收缩段的出口处边界层动量 厚度相比于所述喷管收缩段的入口处边界层动量 厚度明显减小； 所述喷管收缩段的出口处 边界层厚度相比于所述喷管收缩段的入口处边界层厚度明显减小； 所述喷管收缩段的可表 征边界层转捩的参数G不大于 53。 7.根据权利要求4所述的一种可形成均匀速度场的对冲火焰 喷管设计方法， 其特征在 于， 所述喷管收缩段的长度与所述喷管收缩段的入口直径之比的范围在0.8 ‑1.8之间。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114280220 B 3