第33卷第10期 2012年10月
焊接学报
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氧丙烷快速割嘴氧通道设计
韩永道，于浩楠，王智新，郭红杰？，梁国柱？
（1.机械科学研究院哈尔滨焊接研究所，哈尔滨150080；
2.北京航空航天大学字航学院，北京100191）
摘要：针对氧丙烷快速割嘴工作特点，根据空气动力学原理，为氧丙烷快速制嘴氧通道型面曲线设计开发了工具软件，可以通过给定简单的参数，实现氧通道型面曲线的快速设计，利用所设计的软件完成了一个氧通道方案，并通过计算流体力学软件对氧通道流场进行了数值模拟，得到了制嘴氧通道在其设计工作状态下的氧气射流流场速度、马赫数、氧气质量分数等特性参数分布，结果表明，该割嘴氧通道在设计工作压力下工作性能良好，同时验证了所设计的工具软件的可靠性。
关键词：切割；大厚度；割嘴；氧通道；丙烷：数值模拟
中图分类号：TC482*.3文献标识码：A文章编号：0253-360X(2012)10-0010-03
0序言
氧丙烷快速割嘴具有成本低、使用安全、割口质量好、操作简单、使用方便等优点，越来越受到重视，具有广阔的应用前景(
氧通道是快速嘴的重要部件，氧通道型线设计的好坏直接关系到制嘴切制性能的优劣，传统上割嘴设计计算复杂，精度不高，为了适应割嘴设计优化的快速要求，开发一种方便直观实用的工具软件非常必要
根据气体动力学原理，开发出快速割嘴氧通道设计软件，软件可以根据简单的参数输人，得到氧通道的型面曲线数据以及相关工作特性数据，为割嘴
氧通道型面设计提供了一个方便的工具， 1
氧通道气体流动状态分析 1.1流动控制方程
假设在流动中气体与外界没有热量和功的交换，没有流量的加人或引出，不计算气体与管壁的摩擦作用，所讨论的气体是定比热容的完全气体，氧通道中气体流动是一维定常的
根据气体动力学原理，拉瓦尔喷管中气体流动
符合以下微分方程组收稿日期：2012-08-16
(2009ZX04003-041)
万方数据
Vol.33No.10
October
韩永道
=0 PA
dp +pude = 0
）=0 de+
2012(1)(2)(3)
式中：p为气体密度；4为任一截面的流通面积；为
气体流动速度p为气体压力：e为气体内能 1.2流动状态参数之间的关系
绝能等摘流动中拉瓦尔喷管中的任一截面A
上的气流马赫数与面积比的关系为(2)()
2+1
1-6
(4)
式中：A，是喉部截面积：为气体比热比；M。为马赫数
快速割嘴氧通道采用拉瓦尔喷管形式，如果压力足够，气体流经先收缩后扩张的喷管时，在喷管出口可以达到超声速流动，在拉瓦尔喷管中，喉部达到声速时，假定气体总温不变，气体比热比不变，则通过氧通道的质量流量m只与上游供气压力和喉部通道截面积有关，可表示为
m=rPo,
RT
式中：=(
+1
(5)
;Po为氧通道上游供气总
压；R为气体常数：T。为氧通道上游供气总温
当氧通道出口压力P。与环境压力P。相等时，其工作状态为最佳工作状态，也称为喷嘴的设计状态，此时压力比与马赫数M。之间的关系为