浅析MEMS喷嘴与ISO喷嘴的流出系数

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l 流出系数实验系统在对喷嘴流出系数的测量中选择湿式气体表为标准表，工作介质分别为大气中的空气和压缩空气。

真空泵空气压缩空气(a)I作介质为大气中的空气(b)工作介质为压缩空气图 1 喷嘴流出系数测试系统由于湿式气体表的人口气体压力需要保持在 1个大气压附近，因此对于不同的工作介质，实验系统存在-定的差异。当工作介质为大气中的空气时，湿式气体表安装在被检喷嘴的上游，下游使用真空泵使得喷嘴的背压比均低于0.1以满足实验用所有喷嘴的CBPR要求；当工作介质为压缩空气时，湿式气体表安装在喷嘴的下游，由于通过喷嘴压力的降低使得达到湿式气体表时气体的压力接近大气压，通过湿式气体表后的气体直接排向大气，因此，喷嘴背压固定在大气压。

在对 MEMS喷嘴的 CBPR和流出系数的测试过程中，考虑到喷嘴几何形状的非对称性，为考察喷嘴几何尺寸的影响，对 F和B两个不同安装方向下同-块MEMS类型喷嘴的CBPR和流出系数均进行了测量。

喷嘴流出系数的测量在 PTB气体流量室位于其地下室中心的精密气体实验室内进行，全部实验过程中温度保持在(20±1)oC问，在对每个滞止压力下喷嘴流出系数的测量过程中，实验内温度的变化不超过 0.2C。每个流出系数测量时间约(0.5-1)h，每个试验点至少重复3次。

对于不同的气源，流出系数的测量系统存在-些差异。当工作介质为大气中的空气时，由于真空泵的强大作用，使得喷嘴的背压比总低于0.1。当使用压缩空气作为工作介质时，喷嘴下游背压为大气压，当滞止压力为2.5bar时，对于MEMS类型喷嘴，其背压比均高于 CBPR，即喷嘴此时不能实现临界流；当滞止压力在 6.5bar下时，对于B组MEMS类型喷嘴的背压比也高于其 CBPR。

为了研究不同滞止压力下，喷嘴流出系数的变化，当工作介质为大气中的空气时，我们对大气压附近滞止压力为0.85bar和0.70bar各个喷嘴的流出系数进行了测量。全部实验结果如图2所示：图 2 喷嘴流出系数测量结果从图2可以看出 MEMS类型喷嘴的流出系数较 IS0类型喷嘴要小，且随雷诺数的变化不明显。

2 ISO类型喷嘴ISO类型喷嘴流出系数与Red-1 间关系如图3所示，为了对实验结果进行验证，我们选取 Wendt等与ISO9300的经验公式，将经验公式的计算结果与实验结果进行了比较，结果如图3所示。

从图3中可以看出，实验结果与已有经验公式计算结果间存在非常好的-致性。在实验雷诺数范围内，实验结果拟合曲线的线性相关指数超过0.98，说明流出系数与Red-1 间存在非常好的线性关系。流出系数随着《计量与溺试技术》2D13年第钧 卷第7期Red-1 的增加明显降低，单块喷嘴的变化超过 3%，实验所用 3块喷嘴总的变化超过7%。

图 3 ISO类型赜嘴流出系数结果3 MEMS类型喷嘴MEMS类型喷嘴的实验结果如图4所示。

× 叠- - - - - - - ～ - - - - - - - ～ - - n ㈠ xCl-B O C1.F ×C2.B A C2.F：： Al-B 0 A1.F ×A3-B A A3.Fix BI.B 。B1.F ×B3.B △B3-F. - . . . . O o jO.0O O.Ol 0.Ol 0.02 0.02 0.03图 4 MEMS类型喷嘴流出系数结果 -pVTt系统在实验所涉及的雷诺数范围内，同-块喷嘴流出系数的变化大多在 0.3%以内，基本不超过 O.5%。此外，对于同-块喷嘴，B方向，即在人口段长度较长时，流出系数总是较 F方向的要大。

4 结果分析关于流出系数标准表法的测量，ISO类型喷嘴的实验结果与已有经验公式计算结果间存在非常好的-致性。在实验雷诺数范围内，实验结果拟合曲线的线性相关指数超过O.98，说明流出系数与Red-1尼间存在非常好的线性关系。流出系数随着Red I1 的增加明显降低，单块喷嘴的变化超过3%，实验所用 3块喷嘴总的变化超过7%；MEMS类型喷嘴在实验所涉及的雷诺数范围内，同-块喷嘴流出系数的变化大多在O.3%以内，基本不超过 0.5%。此外，对于同-块喷嘴，B方向，即在人口段长度较长时，流出系数总是较 F方向的要大。