【VIP专享】实验二 喷管中气体流动特性实验
喷管性能实验
三、实验设备
1．喷管实验装置
图1 喷管实验装置系统 1. 实验段（喷管）； 2. 孔板； 3. 探针移动机构；4. 孔板压差计； 5. 调 节阀； 6. 真空泵；7. 风道入口； 8. 背压真空表； 9. 探针连通的真空表； 10. 稳压罐；11. 调节阀 ； 12. 实验台支架
喷管特性实验
一、实验目的
1. 验证并进一步加深气流在喷管中流动的基本规律 的理解；
2. 了解气流在喷管流动中的压力、流量的变化规律 及测试方法；
3. 加深对临界状态基本概念的理解。
二、实验原理
1．喷管中气体流动的基本规律 根据气体在喷管中作一元稳定等熵流动的特点，
得出气体在变截面管道中气流速度W、密度ρ、压力 P的变化与截面A的变化及马赫数Ma的大小有关。
三、实验原理
2．探针测压实验装置
图2 探针测压简图 1. 管道；2. 喷管；3.探针；4.测压孔；5. 测量喷管各截面压力的压力 表； 6.测量喷管入口压力的压力表；7.测量喷管排气管道中压力（背 压）的压力表
四、实验步骤
1、装上所需的喷管，用“坐标校准器”调好“位移坐标 板”的基准位置。 2、打开罐前的调节阀，将真空泵的飞轮盘车旋1~2转， 一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门。然后 启动真空泵。 3、测量轴向压力分布
四、实验步骤
4、流量曲线测试 （1）把测压探针的引压孔移至出口截面之外，打开罐后调节阀，并关
闭罐前调节阀，启动真空泵。 （2）用罐前调节阀调背压，每变化20～30mmHg便停顿一下，同时将
背压值和U型管压差计的读数记下来。当背压升到某一值时，U型管压差计 的液柱便不再变化(即流量已达到了最大值)。此后尽管不断地降低背压， 但U型管压差计的液柱仍保持不变，这时，再测2~3点。至此，流量测量即 可结束。 5、打开罐前调节阀，关闭罐后的调节阀，让真空罐充气；2~3分钟后停闭 真空泵，立即打开罐后调节阀，让真空泵充气(防止回油)；最后关闭冷却 水阀门。
喷管中气体流动基本特性实验报告
喷管中气体流动基本特性实验报告喷管中气体流动基本特性实验报告一、实验目的1. 验证并进一步对喷管中气流基本规律的理解。
牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2. 掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3. 测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、实验原理喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
气体在喷管的流动过程中，气体的状态参数P 、V ，流速C 和喷管截面积f 之间的基本关系可用下面三个方程表示：cdc f df v dvf df c dc vdp cdc M )1(02-==-+-= （4-1）式中：M 为马赫数，是表示气体流动特性的一个重要特性值。
M<1时，表明气体流速小于当地音速，M>1时，气体流速大于当地音速，气体作超音速流动。
方程指出：气体流经喷管时，压力降低，流速增大，喷管的截面积亦随之变化，而喷管的截面变化情况则取决于Ｍ值．1) 当气流流速小于音速（即Ｍ<1）时，欲使流速增大，喷管截面应该是收缩的； 2) 当气流流速大于音速（即Ｍ>1）时，喷管截面应该是扩放的；3）当流速等于音速时，喷管截面最小，此处正是气流流速由亚音速过渡到超音速，喷管由收缩形过渡到扩放形的转折点。
这点的参数称为喷管的临界参数，用脚码C 表示，如临界压力P C 、临界流速C C 等等。
1．渐缩喷管气体流经喷管的膨胀程度可以用喷管的背压P 2与进口压力P 1之比β表示。
PP12=β称为压力比。
而气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，是使喷管出口的气流速度达到当地音速的压力，即临界压力P C 。
喷管实验报告
喷管实验报告一、实验目的1、巩固和验证气流在喷管中流动的基本理论。
2、了解气流在喷管流动中的压力、流量的变化规律及测试方法。
3、加深对临界状态基本概念的理解。
二、实验原理1、喷管中气体流动的基本规律气体在喷管流动，气流速度c、密度ρ、压力p的变化与截面A的变化及马赫数Ma(速度c与音速a之比)的大小有关。
它们的变化规律如下表。
Ma Madc dx ddxρdpdxdcdxddxρdpdx＜1 ＞0 ＜0 ＜1＜0 ＞0＞1 ＜0 ＞0 ＞1＞0 ＜0Ma=1，即达到临界状态时，便要改用渐扩管，以使气流继续加速到超音速。
2、喷管中的流量m计算气流在喷管中流量m的表达式为：kg/s （1）式中：A 2-出口截面积m 2（本实验台为12.56×10-6）；c 2-出口速度m/s ；p 0-滞止压力Pa ；v 2-出口比容kg/m 3；v 0-滞止比容kg/m 3；p 2-出口压力Pa ；k-绝热指数。
2/(1)0max 222()11k p k m A k k v -=++（4） 3、喷管中的实际流量根据孔板流量计上所显示的压差Δp (在U 型管压差计上读出)。
求得流量m 与压差Δp 的关系表达式为：1.37310m p εβγ-=⋅∆⋅⋅ （5）式中：2()1 2.87310a pp ε-∆=-⋅流速膨胀系数；()0.538273a a p t β=+气态修正系数 ；γ—几何修正系数(标定值0.15)；Δp —U 形管压差计读数2(mm H 0)；p a —大气压pa ；t a —室温℃在实际测试中，由于喷管前装有孔板流量计，将有压力损失。
对本实验台，采用测压探针在0位置时的压力为p 1。
为了消除进口压力改变的影响，在绘制各种曲线时，采用压力比作座标：压力曲线用p/p 1-x ；流量曲线用 b 1m /p p — 三、数据记录与整理压力p x 变化读数（MPa ）（渐缩喷管）室温ta= 大气压力pa=0.1MPa 实验时间 x p v MPa 051015202530350.01测流量的压差计读数（渐缩喷管）室温ta= 大气压力p a=0.1MPa 实验时间mMPa2)mmH omp b=p a-p v压力曲线p/p1-x图（画3条）流量曲线 b 1m /p p —图六、讨论1、分析实验结果2、实验的收获，体会及存在问题3、对实验的改进意见。
喷管中气体流动特性实验
喷管中气体流动特性实验1. 实验目的喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能与喷管中气体流动过程有着密切系。
本实验以大气为气源，以喷管后的真空泵为动力，用真空罐稳定反压，通过调节阀随意调节反压，使气流以不同的速度流经喷管。
可达到以下目的： ⑴ 观察气流流经喷管时沿各截面压力的变化；⑵ 在各种不同工况下观察压力的变化和流量的变化，着重观察临界压力和最大流量现象。
2. 实验原理⑴ 渐缩喷管气体流经渐缩喷管时气流速度不断增大，压力、温度却不断减少，（见图2.1）出口 压力与进口压力之比β = p 2/p 1，β称为压力比， βc 称为临界压力比，11c 12-⎪⎭⎫ ⎝⎛+==βk k cr k p p气体在渐缩喷管中由p 1膨胀到p 2 = p cr ，这是最充分的完全膨胀。
此时气流达到当地音速a 。
当背压p b 大于临界压力p cr 时，p 2 = p b ，出口流速小于a ；当背压p b 等于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ；当背压p b 小于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ，但气流一旦离开出口截面就会突然膨胀，在喷管外降到背压p b (见图2.2) 。
⑵ 缩放喷管气体流经缩扩形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A 2和喷管中最小截面积A min 的比值。
喷管在设计条件下工作时，气流完全膨胀，出口截面的压力p 2 = p b ，在最小截面A min 上，气流达到临界速度，压力为临界压力。
在进入喷管渐扩段后，气流继续膨胀，转入超音速流动，压力不断减小。
见图2—3中的曲线1。
气流在缩扩形喷管中流动时，如果背压p b 高于出口截面压力p 2，此时 气流膨胀过度，难以流出喷管渐扩段，在背图2.1压p b 作用下，气流在喷管出口处将产生激波。
气流通过激波，使压力升高并等于背压p b ，流出喷管。
见图2—3曲线2、3。
缩扩形喷管中气流产生激波的位置随着p b 的增大而沿着喷管轴线向最小截面移动；当背压继续提高时，缩扩形喷管最小截面上的压力也将不在保持临界压力，随背压p b 升高而升高，这时气流在喷管渐缩段的膨胀过程也将受背压改变的影响。
工程热力力学实验报告
实验名称：喷管中气体流动特性实验实验日期：2023年11月X日实验地点：XX大学工程热力学实验室实验人员：XXX，XXX，XXX一、实验目的1. 通过实验演示渐缩、缩放形喷管，观察气体的流动特性。
2. 验证并加深对喷管中气流基本规律的理解。
3. 研究临界压力、临界流速和最大流量与喷管结构参数之间的关系。
二、实验原理喷管中气体流动的特性可以通过以下基本方程描述：1. 连续性方程：在稳态流动条件下，流过任意截面的质量流量相等，即：\[ A_1v_1 = A_2v_2 \]其中，\( A_1 \) 和 \( A_2 \) 分别为喷管入口和出口的截面积，\( v_1 \) 和 \( v_2 \) 分别为入口和出口的流速。
2. 伯努利方程：在稳态流动条件下，流过任意截面的总机械能守恒，即：\[ \frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho gh_1 + \frac{p_1}{\rho} =\frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho gh_2 + \frac{p_2}{\rho} \]其中，\( \rho \) 为气体密度，\( g \) 为重力加速度，\( h_1 \) 和\( h_2 \) 分别为入口和出口的位能，\( p_1 \) 和 \( p_2 \) 分别为入口和出口的压力。
3. 临界压力和临界流速：当喷管出口压力等于临界压力时，气体流速达到临界流速。
临界压力和临界流速可以通过以下公式计算：\[ p_{cr} = \frac{2}{\gamma + 1}p_{in} \]\[ v_{cr} = \sqrt{\frac{2(\gamma - 1)}{\gamma + 1}}c \]其中，\( p_{in} \) 为入口压力，\( \gamma \) 为比热比，\( c \) 为音速。
三、实验装置实验装置主要包括以下部分：1. 喷管：渐缩形和缩放形喷管。
2. 气源：高压气瓶。
喷管中气体流动特性分析
（ 兰 州 交 通 大 学 数 理 与 软 件 工 程 学 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ３ ￣． 州 交 通 大 学 机 电工 程 学 院 ， １ 甘 ３００２兰 甘肃 兰州 ７ ０ ７ ３ ０ ０）
摘
要： 分析 各种 工 况下 气流流 经渐 缩喷 管和缩放 喷 管各 个截 面压 力和流 量的 变化规律 ， 比较 两种
的 时间很短 ，因此可 以认 为喷 管 中气 体 流动 是可 逆 的绝 热流 动过程 。喷 管一般 分 为渐缩 喷管 和缩 放喷 管 。渐缩 喷 管 如 图 １所 示 ，缩 放 喷 管 如 图 ２所 示 。
渐缩 喷管 沿流 动方 向 截 面积 是 逐 渐 减小 的 ， 流作 气
行 ， 用真 空泵为 动力 ， 采 大气 为气 源 。压力 测量采 用 精密 真空表 。流 量测量使 用低 雷诺 数锥形 孔板 流量 计 ， 用 角接环室 取压 。喷管 用有 机玻璃 制成 ， 采 喷管
界工 况 Ｐ ＞ Ｐ ， ｂ ｃ 临界 工 况 Ｐ — Ｐ ｂ ｃ和 超 临界 工况
同截 面位 置 Ｘ， 流在 该 截面 上 的压 力 Ｐ， 压 Ｐ ， 气 背
（ 管 出 １外 介 质 的压 力 ） 流量 ｍ。这 些 量分 别 用 喷 ： ３ ， 位移 指针 位 置 ， 移 动 真 空 表 ， 压 真 空 表 以及 Ｕ 可 背
分 析研 究两 种喷管 的特 性 以及 工作 条件 的 改变对 喷 管 中气 体 流动的影 响 。
２ 实 验 方 法
实验 中必 须 测量 四个 变量 ， 压孔 在 喷管 内不 测
管 的流量 曲线 中定 ， 流量 达 到 最 大 流量 那 一 点 的压 力就 是临 界压 力 Ｐ ， 力 曲 线 分 为 三个 工 况 ： 临 ｃ压 亚
喷管特性实验报告
喷管特性实验报告
一、实验目的
本次实验旨在了解喷管特性，并分析其在喷管喷出物料过程中所产生的压力及流量之
间的关系。
二、原理说明
喷管是一种管道设备，用于将物料进行喷射，其特性受到管内压力及出口尺寸的影响。
当压力产生时，物料会以强度和方向均匀的流动出口。
射流喷口的建立是由喷嘴内部的尺
寸设计、射流强度、压力降和射流的外形等组成的。
三、实验装置和材料
1、实验装置：喷管、压力计、流量计、水池。
2、材料：水。
四、实验程序
1、调整实验装置，确定喷管出口。
2、将水放入水池。
3、将喷管放入水池，通过调节压力计，注入压力。
4、用流量计测量喷管输出的流量。
五、实验结果
表1 喷管压力及流量之间的关系
压力/MPa 流量/L/min
0.2 0.2
1.0 1.5
2.5
3.8
本次实验表明，喷管压力和流量之间存在着密切的联系，随着压力的增加，流量也随
之增加。
同时，喷管的压力也是一个重要参数，它是控制物料流度和物料喷射方向的关键
因素。
喷管中气体流动特性的测定
喷管中气体流动特性的测定喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
一、实验目的1、观察气流完全膨胀时沿喷管的压力变化，测定流量曲线和临界压力比。
2、了解喷管中气体流动现象的基本特性。
3、观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的影响。
4、了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
二、实验原理气体流经喷管的流动过程中，气流状态参数υ、流速c 和喷管截面积f 之间的基本关系如下： 0=−+vdv f df c dc （1） 喷管可以用f=F （x ）表示截面积轴向距离x （自进口截面积算起）的变化。
在设计的进气压力和排气压力（常称为背压）条件下，气体在喷管内绝热流动时的压力变化可用下式表示为：()dx df M f kM Pdx dp 1122−= （2） 式中M 为马赫数：是表示气体流动特性的一个重要值。
M 〈1时，表示气体流速小于当地音速，为亚音速流动；M=1时，气体流速等于当地音速值；M 〉1时，气流做超音速流动。
当喷管的使用条件改变时，喷管内气流的压力分布发生变化，气流的流速和质量流量也将发生不同的变化。
1、渐缩喷管气体流经喷管的膨胀程度可以用喷管的背压P 2和进口压力P 1之比β表示，12P P =β称为压力比。
气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度决定于临界压力比βc ： 1/112−⎟⎠⎞⎜⎝⎛+==k k c c k P P β （3）临界压力比只和气体的绝热指数有关。
对于空气等双原子气体k=1.4，b c =0.528。
上式中P c 为气体在减缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，称为临界压力P c =b c 。
P 1决定于进口压力。
气体在减缩喷管中由P 1膨胀到P 2=P c ,如图3.1曲线1所示，是最充分的完全膨胀情况。
这时，喷管出口的气体流速达到当地音速的数值，称为临界流速。
当备压P 2低于临界压力P c 时，气体在减缩喷管中不能继续膨胀到备压P 2，只能膨胀到临界压力P c 。
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实验二 喷管中气体流动特性实验一.实验目的喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能的好坏与喷管中气体流动过程有着密切关系。
通过观察气流流经收缩型管道压力的变化，测定临界压力比并计算在亚、超临界工作状态下，各截面的压力比和马赫数等，进一步了解喷管中气流在亚临界、超临界工作状态下的流动特性。
观察在缩扩型喷管中气体流动现象，了解缩扩型喷管前后压力比等于、大于和小于设计压力比条件下，扩张段内气体参数的变化情况。
二.实验原理
由工程热力学一元稳定流动连续方程可知，气流的状态参数v （比容）、流速和喷管υ截面积A 的基本关系为： （2—1）0d dA dv A v
υυ+-=渐缩喷管气体流经渐缩型管道时，气流速度不断增大，压力P 和温度T 却不断减小。
见图一，
υ气体流经喷管的膨胀程度一般用喷管的出口压力P 2和进口压力P 1的比值表示，气体在β渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度决定于临界压力比c ，即：
β （2—2）1121K K c c P P K β-⎛⎫== ⎪+⎝⎭式中：临界压力比c 只和气体的绝热指数K 有关，对于空气K=1.4，从而得到
βc =0.528；P c 为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，或称临界压力。
β图一 气体经渐缩喷管时压力温度变化曲线气体在渐缩喷管中由P 1膨胀到P 2=P c ，这是最充分的完全膨胀。
对应于临界压力P c ，
到临界压力P c。
如图二中线段5所示。
当背压P b大于临界压力P c时，气体在渐缩喷管中由P1膨胀到P2，气体难以充分膨胀，
α
此时P2=P b，气流流速小于当地的音速。
见图二中曲线2、3、4。
缩扩型喷管或称拉伐尔喷管
气体流经缩扩喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A2和喷管中最小截面积
A min的比值。
压力提高并等于背压P b，流出喷管。
见图三曲线2，3。
缩扩型喷管中气流产生激波的位置随着P b的增大而沿着喷管轴线向最小截面移动，当背压P b继续提高时，缩扩型喷管最小截面上的压力也将不再保持临界压力，随背压P b升高而升高，这时气流在喷管渐缩段的膨胀过程也将受背压改变的影响。
见图三曲线2、3、4。
气流在缩扩型喷管中流动，当背压P b低于出口压力P2时，气流只能膨胀到出口压力
P2值，一经离开出口截面，就发生突然膨胀，压力降低到实际的背压值P b。
见图三中的曲线7。
三、实验设备
喷管实验装置由喷管实验段、压力测量系统和气源设备等三部分，见图四。
喷管实验段由喷管5（渐缩型喷管和缩扩型喷管两种若干备用）和稳压箱6。
喷管出口和稳压箱紧密相连。
喷管进口气流来自大气，稳压箱用来给喷管提供稳定的背压P b，P b 的大小由阀门9控制，背压P b的数值由稳压箱上的真空表7测出。
压力测量系统由装在沿轴向可移动距离的标尺上的探针3和真空表1组成。
探针上开有静压孔4，移动探针来感受喷管各个截面上的压力。
压力大小由真空表1测出。
气源设备由真空罐10、真空泵8、阀们9和连接管路组成。
真空泵将真空罐内的空气抽出，形成低压环境。
注：喷管实验的自动化测试系统，通常用位移传感器和压力传感器把压力探针的位移信号和压力信号转换成点信号，由函数记录仪自动描绘出静压沿喷管轴向变化曲线。
四、实验步骤
渐缩型喷管
1.观察渐缩型喷管临界流动状态特性，并记录有关数据。
缓慢移动压力探针，使其上的静压孔处于渐缩型喷管进、出口截面间任一点位置，调节阀们9的开度，使真空表1和7的示值均由零逐渐增大，观察真空表1的示值变化情况。
当观察到真空表1的指针停止移动时，立即停止旋转阀门9，并记录真空表7的示值
（mmHg），此时渐缩型喷管出口气流速度刚好达到当地音速，出口压力P2等于背压
P b，即P2=P c=P b。
保持渐缩型喷管临界状态不变，沿喷管轴心线前后移动压力探针，使静压孔从喷管进口截面大出口截面之间每隔3—4mm 测量一次压力P a 值。
记录喷管各测量截面位置对应压力示值P a 。
2.观察渐缩型喷管亚临界流动状态的特性移动压力探针，使感压孔处于喷管轴心线上任意位置，反向旋转阀门9。
减少开度，使P b 高于临界压力P c ，此时整个喷管中的流动为压临界状态。
在这种状态下，高于临界压力P c 的背压P b 将严重影响喷管中的流动，出口气流速度不再是音速，出口截面的压力P 2也不再是临界压力P c 。
保持渐缩型喷管压临界状态不变，重复步骤1，记录喷管截面各测量位置对应的压力示值Pa 。
验证背压P b 的改变如何影响整个喷管内的流动。
3.观察渐缩型喷管超临界流动状态的特性移动压力探针，使惊静压孔处于喷管轴心线上任意位置。
加大阀门9的开度，使P b 低于临界压力P c ，此时喷管中的流动为超临界状态，出口截面上的压力为临界压力P c ，出口气流速度等于当地音速。
α验证气流在超临界流动状态下，背压P b 在低于临界压力P c 范围内变化时并不影响喷管内的流动。
4.观察缩扩型喷管在各种工况下的流动特性。
5.参观函数记录仪绘制的渐缩型喷管三种工况下气流沿喷管各截面的静压变化曲线。
五、数据整理1、记录实验场地大气压力P c （Pa ）、温度t 0。
2、记录喷管各截面上的表压力P a 数据，并计算出绝对压力，压力比P x /P 0，气流速度
、温度T x 、音速和马赫数据M x ，数据句路表格参见附表。
x υx α3、计算临界压力比并与理论值比较。
0c P P 4、用坐标纸绘制出和M x =f （x ）曲线。
0()x P f x P =思考题1、实验测定结果和理论值有何不同？试分析产生误差的原因？2、实验前你如何选定喷管的进、出口压力，才能观察到渐缩型喷管的三种流动状态？
3、你能否用物理概念来解释流体在渐缩型喷管中三种工况的意义？
附录
工作状态：P b= P a=。