作者：2018级本科生 黄钰诚、覃思博、蔡坤鹏、龚娅 能源动力与工程系
指导老师：张扬 能源动力与工程系
关键词：音速喷嘴 流量调节
摘要
气体流量控制装置是基于音速喷嘴原理设计，利用音速喷嘴原理将质量流量控制过程转化为压力控制过程，并且采用机械自动控制实现压力波动环节对于流量的精确控制，利用新型结构实现量程段的拓展，从而实现低成本变压力耐受的质量流量控制。
选题背景
气体流量控制器是能源、化工、医药、航空航天等领域科学研究和工业过程中不可缺少的重要设备。气体流量控制器的精度、稳定性等性能对实验结果的可靠性、工业产品的质量等具有重要影响。现有的流量控制装置仍然存在缺陷，目前常规采用的质量控制装置基本只适用于稳定压力条件，对外界压力波动的适应性差，在流量计上下游压力出现变化的条件下，流量控制会产生较大的误差，造成实验的准确性差或者工业产品的质量差。基于音速喷嘴的自动气体流量控制装置，采用机械自动控制低成本地解决现压力波动环节对于流量的精确控制，采用新型结构提供大量程的自动气体流量控制装置。
设计思路
装置的设计思路是采用减压阀和音速喷嘴的组合，利用音速喷嘴原理将质量流量控制过程转化为压力控制过程，达到准确控制流量的目的。
减压阀用于解决上游压力波动的问题，同时调节音速喷嘴上游的压力；喷嘴用于利用“音速堵塞”现象，解决下游压力波动的问题；组合装置使得通过喷嘴的流量仅仅和喷嘴上游（即减压阀下游）的压力成正比。
环境背景压力pb＞p*时，全管内为亚声速流动，最终管内压力下降到出口压力pe与环境压力pb相等，出口亚声速；环境背景压力pb≤p*时，出口处以声速流动，在出口后产生膨胀波，出口压力
降压后与环境压力pb匹配，出现“音速阻塞”现象。对于连续流动，有：
因此，使用压力传感器获得p0即可推知
，通过减压阀调节p0即可改变流量
。
对比优势
优势一：变压力耐受、精度高、带自动控，将流量控制过程转化为压力控制过程，使得流量的控制过程简单化，同时可以避免其他质量流量控制方法由于压力波动引起的误差；流量偏差可自动调节。
优势二：适用压力范围广，采用多通阀连接着截面面积不同的的喷嘴，适用于不同压力下的测量，故本流量计适用压力范围广。
优势三：成本较低，与同精度等级的热式流量计相比，成本较低：高精度进口热式质量流量计价格达到数万元（不带数显），本流量计成本约为三千元。
图1 最初版本设备连接图
图2 设备集成后效果图
