喷管特性试验

喷管特性实验一、实验目得1。验证喷管中气流得基本规律，加深对临界压力、临界流速与最大流量等喷管临界参数得理解。2。比较熟练地掌握压力、压差及流量得测量方法。3。重要概念1得理解:应明确在渐缩喷管中，其出口处得压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速,流量不可能大于最大流量。4。重要概念2得理解:应明确在缩放喷管中，其出口处得压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。二、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵（规格为1401型,排气量320OL/min）o实验台山进气管、孔板流量计、喷管、测圧探针、真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等儿部分组成，如图6-4所示、图6—4喷管实验危1一进气管;2-空气吸气耳;匚孑阪流量计；4包疯岳逐;近除萱；6二k轮支架;79二位稹螺杆机核*位移|转感器；占背压貞•空禮器;16一一测压探针；8—可移动負•空春表；11一背压用调节I削*12—貞』被压传感器；17-移动压力传感进气管为4>57X3.5无缝钢需，I流量计、孔板孔径"7,采用角扌昴不:传感器读出。喷管用有机玻璃勺得要求，可松开夹持法兰上得固喷管。喷管各截面上得压力就5/7富口入进气管,流过孔板常压、流臺停:小可爪M有渐缩喷律与缩放喷憎各铲只。根据实验:，验推开入喷管内得测压探针“可移动真空表”测得，由于喷甲就是透明得，测管内得位置可从喷管外部瞧出』e尙得移动通过:螺杆枕构癖动，标尺或位移传感器实现测量读数。喷管得排气管上还装有“背朮:真空e4>50o空气U%管压差计或微压兹气管得二:奧收畀需得（外径貪T.2）连至L&探针上猖测压応e0、3）在喷”，晰力大小用背圧调节阀进行调节。真空罐直径4）400,起稳定压力得作用。罐得底部有排污口，供必要时排除积水与污物之用。为减小震动,真空罐与真空泵之间用软管连接。在实验中必须测量四个变量，即测压孔在喷管内得不同截面位置X、气流在该截面上得压力P、背压玖、流量m,这些量可分别用位移指针得位置、可移动真空表、背压真空表以及U形管压差计得读数来显示。实验装置特点：1O可方便地装上渐缩喷管或缩放喷管，观察气流沿喷管各截面得压力变化。可在各种不同工况下(初压不变，改变背压)，观察压力曲线得变化与流量得变化,从中着重观察临界压力与最大流量现象。3、除供定性观察外，还可作初步得定量实验。压力测量釆用精密真空表，精度0.4级。流量测量采用低雷诺数锥形孔板流量计，适用得流量范围宽，可从流量接近为零到喷管得最大流量，精度优于2级。4。釆用真空泵为动力,大气为气源。具有初压初温稳定，操作安全，功耗与噪声较小，试验气流不受压缩机械得污染等优点。喷管用有机玻璃制作，形象直观。采用一台真空泵，可同时带两台实验台对配给得渐缩、缩放喷管做全工况观测、因装卸喷管方便,本实验台还可用作其她各种流道喷管与扩压管得实验、三、实验原理1、喷管中气流得基本规律由能量方程：及可得可见，当气体流经喷管速度增加时，压力必然下降、由连续性方程：有及过程方程有根据马赫数，而得：显然，当来流速度时，喷管应为渐缩型；当来流速度时，喷管应为渐扩型、2、气体流动得临界概念喷管气流得特征就是,，，三者之间互相制约。当某一截面得流速达到当地音速(亦称临界速度)时，该截面上得压力称为临界压力()。临界压力与喷管初压0之比称为临界压力比，有：经推导可得：对于空气，当渐缩喷管出口处气流速度达到音速，或缩放喷管喉部气流速度达到音速时,通过喷管得气体流量便达到了最大值()，或称为临界流量。可山下式确定：式中:一最小截面积(对于渐缩喷管即为岀口处得流道截面积，对于缩放喷管即为喉部处得流道截面积。本实验台二种喷管得最小截面积为：12、56mm2)o3、气体在喷管中得流动(1)渐缩喷管渐缩喷管因受儿何条件得限制，山上述公式可知：气体流速只能等于或低于音速()；出口截面得压力只能高于或等于临界压力()；通过渐缩喷管得流量只能等于或小于最大流量()。根据不同得背压()，渐缩喷管可分为三种工况，如图6—6所示：图6—5渐缩喷管图6-6渐缩喷管压力分布曲线及流量曲线A—亚临界工况()，此时B-临界工况()，此时C—超临界工况()，此时(2)缩放喷管缩放管得喉部，因此气流可以达到音速()；扩大段()，出口截面得流速可超音速0,其压力可小于临界压力()，但因喉部儿何尺寸得限制，其流量得最大值仍为最大流量()。气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面出得压力成为设计压力()O缩放喷管随工作背压不同，亦可分为三种情况:A—被压等于设计背压()时，称为设计工况、此时气流在喷管中能完全膨胀，出口截面得压力与背压相等()，见图6-8中得曲线A。在喷管喉部，压力达到临界圧力，速度达到音速。在扩大段转入超音速流动,流量达到最大流量。图6-7缩放喷管B—背压低于设计背压()时，气流在喷管内仍按曲线A那样膨胀到设计压力。当气流一离开出口截面便与周圉介质汇合,其压力立即降至实际背压值，如图6—8曲线B所示,流量仍为最大流量、C-背压高于设计背压()时,气流在喷管内膨胀过度，其压力低于背压，以至于气流在未达到出口截面处便被压缩，导致压力突然升跃(即产生激波)，在出口截面处，其压力达到背压。如图6-8中得曲线C所示。激波产生得位置随着背压得升高而向喷管入口方向移动，激波在未达到喉部之前，其喉部得压力仍保持临界压力，流量仍为最大流量。当背压升高到某一值时，将脱离临界状态，缩放管便与文丘里管得特性相同了，其流量低于最大流量。图6-8渐缩喷管压力分布曲线及流量曲线四、操作步骤1、装上所需得喷管，用“坐标校准器”调好“位移坐标板”得基准位置、2、打开罐前得调节阀，将真空泵得飞轮盘车一至二圈。一切正常后，全开罐后调节阀，打开真空泵冷却水阀门，然后启动真空泵、3、测量轴向压力分布：（1）用罐前调节阀（背圧用调节阀）调节背压至一定值（见真空表读数），并 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 下该值。（2）转动手轮，使测压探针向出口方向移动。每移动一定距离（一般约2-3mm）便停顿下来，记录该点得坐标位置及相应得压力值，一直测至喷管出口之外、把各个点描绘到坐标纸上,便得到一条在这一背压下喷管得压力分布曲线、（3）若要做若干条压力分布曲线，只要改变其背压值并重复（门、（2）步骤即可。4、流量曲线得测绘（1）把测压探针得引压孔移至出口截面之外，打开罐后调节阀，关闭罐前调节阀,启动真空泵。（2）用罐前调节阀调节背压，每一次改变（100〜200）mm水柱，稳定后记录背压值与U型管差压计得读数、当背压升高到某一值时，U型管差压计得液柱便不再变化（即流量已达到了最大值）。此后尽管不断提高背压，但U型管差压计得液柱仍保持不变,这时测2至3个点。至此,流量测量即可完成。渐缩喷管与缩放喷管得流量曲线参见图6-6与图6-8、5、实验结束后得设备操作（1）打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气。（2）停真空泵，并立即打开罐后调节阀，让真空泵充气（U得就是防止回油）、关闭真空泵冷却水阀门。五、数据处理1、压力值得确定本实验装置采用得就是负压系统,表上读数均为真空度，为此须换算成绝对压力值(p):式中：-大气压力(bar);-用真空度表示得压力。111于喷管前装有孔板流量计，气流有压力损失、本实验装置得压力损失为U型管差压计读数()得97%。因此，喷管入口压力为：可得到临界压力，在真空表上得读数(即用真空度表示)为：计算时，式中各项必须用相同得压力单位(大致判断，约为380mmHg柱)、2、喷管实际流量测定山于管内气流得摩擦而形成边界层，从而减少了流通面积。因此，实际流量必然小于理论值。其实际流量为：(kg/s)式中：—流速膨胀系数；一气态修正系数；—儿何修正系数(约等于1。0);—U型管差压计得读数(mmH：0);—室温(°C);一大气压力(mbar)、六、思考题1、分别说明喷管中临界压力、临界流速与最大流量得含义就是什么？2.说明渐缩喷管与缩放喷管得压力分布曲线图得区别，为什么？简述在本实验过程中真空泵得正确启、停操作程序。