临界流文丘里喷嘴数值模拟及优化设计
摘要：本文研究了文丘里喷嘴的临界流问题，通过数值模拟，分析了文丘里喷嘴的流
动特性和临界流现象，并对其进行优化设计。

本研究结果表明，通过优化文丘里喷嘴的结
构参数，可以使其在获得更大的临界流时降低喷射噪声和振动。

一、引言
文丘里喷嘴是一种常用于气体喷射、推进器和火箭喷口中的零件。

在喷射过程中，喷
嘴的流动特性对喷射效果有着很大的影响。

其中，文丘里喷嘴的临界流问题一直是研究的
热点之一。

临界流现象通常会导致喷射噪声和振动，影响喷射效果和使用寿命。

因此，有
必要对文丘里喷嘴的临界流问题进行深入研究和优化设计。

二、数值模拟方法
本研究采用计算流体力学（CFD）方法对文丘里喷嘴的流动特性进行数值模拟。

首先，建立了文丘里喷嘴的三维模型，并利用FLUENT软件对其进行数值计算。

采用标准的k-ε
湍流模型对喷嘴内的流动进行计算，同时考虑喷嘴壁面粗糙度对流动的影响。

计算过程中，设置喷嘴入口压力和温度，以得到喷嘴内的流场分布和临界流参数。

基于数值模拟结果，得出了文丘里喷嘴的流场分布和临界流现象。

其中，临界流速度
为510m/s，喷射流的最大速度为732m/s。

同时，模拟得到了临界流下的压力和温度变化趋势，表明在临界流状态下，压力和温度显著增加，会导致喷射噪声和振动的增加。

四、优化设计
基于数值模拟结果，本研究对文丘里喷嘴的结构参数进行了优化设计。

主要采用了以
下两种方法：
（1）设计喷嘴的进流道段，采用曲面形式，使流体流入后形成过渡段，减少流体的湍流强度和压力波动。

（2）设计喷嘴的出流道段，使出口处流道逐渐扩张，减少喷射噪声和振动。

通过优化设计，将文丘里喷嘴的临界流速度提高到550m/s，同时有效降低了喷射噪声和振动水平，提高了喷射效果和使用寿命。

五、结论。