喷管中气体流动基本特性实验报告
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。
喷管实验报告
喷管实验报告喷管实验报告引言：喷管是一种常见的流体力学实验装置，通过将流体通过喷嘴加速喷出，可以观察到流体的流动特性和力学行为。
本实验旨在通过对喷管的实验研究，探究流体在喷射过程中的各种现象和规律。
一、实验目的本实验的主要目的是研究喷管中流体的流速、流量和压力等参数之间的关系，并通过实验数据计算出相应的数值。
二、实验原理喷管实验基于质量守恒定律和伯努利定律。
根据质量守恒定律，流体在喷管中的流入量必须等于流出量。
而根据伯努利定律，当流体在喷管中流动时，其动能、压力能和重力势能之间存在一定的关系。
三、实验装置和步骤实验装置主要包括喷管、流量计、压力计等。
实验步骤如下：1. 将喷管安装在实验台上，并连接好流量计和压力计。
2. 打开流量计和压力计，调整其刻度使其读数清晰可见。
3. 打开流体供应阀门，调节流量，观察流量计的读数。
4. 同时记录下喷管入口和出口的压力差。
5. 重复以上步骤，记录不同流量和压力差下的实验数据。
四、实验结果与分析根据实验数据，我们可以计算出不同流量和压力差下的流速和流量数值，并绘制出相应的曲线图。
通过分析曲线图，我们可以得出以下结论：1. 流速与流量成正比，即流量越大，流速也越大。
2. 压力差越大，流速也越大。
这是因为根据伯努利定律，压力差越大，流体的动能也越大，从而流速增加。
3. 在一定范围内，流速和流量之间存在一定的线性关系。
但当流量达到一定值后，流速增加的速度会逐渐减缓。
五、实验误差和改进在实验过程中，由于实验装置本身的限制和实验操作的不精确性，可能会产生一定的误差。
为了减小误差，可以采取以下改进措施：1. 仔细校准实验装置，确保流量计和压力计的准确性。
2. 多次重复实验，取平均值，以减小个别数据的误差对结果的影响。
3. 注意实验操作的规范性，避免人为误差的产生。
六、实验应用喷管实验在工程领域有着广泛的应用。
通过对流体在喷管中的流动特性的研究，可以为各种流体力学问题的解决提供参考和依据。
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_郑玉
第22卷 第7期2006年7月甘肃科技Gansu S cience and Technolo gyVol.22 N o.7J uly. 2006喷管中气体流动特性分析郑 玉1,张永恒2(1兰州交通大学数理与软件工程学院,甘肃兰州730030;2.兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州730070)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,比较两种喷管的基本特性,确定工作条件对喷管中气体流动的影响。
并介绍了实际气流曲线偏离理想气流曲线的因素。
关键词:喷管;压力;流量中图分类号:TQ 0281 引言喷管是利用气体的压力降低使气流加速的特殊管道。
它广泛应用于汽轮机等动力设备中,也应用于通风、空调等热力设备中。
例如在燃气轮机和汽轮机里都需要装设喷管,利用气体流经喷管获得高速气流推动叶轮叶片而作功。
喷管是使流体增速的变截面流道,气流在管道中流动时的状态变化情况和管道截面积的变化情况有密切关系。
由于喷管的长度较短,流速较高,气流从进入喷管到流出喷管的时间很短,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,气流作亚音速流动。
缩放喷管中气流在渐缩部分作亚音速流动,在渐放部分作超音速流动,在最小截面,即喉部是亚音速流动向超音速流动的转折点,这时流速等于当地音速。
本文通过分析空气流经渐缩喷管和缩放喷管各个截面压力变化和流量变化的规律,气流在喷管内完全膨胀,膨胀过度和膨胀不足等现象,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,测压孔在喷管内不同截面位置X ,气流在该截面上的压力P ,背压P b ,(喷管出口外介质的压力),流量m 。
这些量分别用位移指针位置,可移动真空表,背压真空表以及U 型管压差计来显示。
实验是在一喷管实验台上进行,采用真空泵为动力,大气为气源。
喷管特性实验报告
实验题目：喷管特性实验实验目的：验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，建立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念；比较熟练地掌握用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法；明确渐缩喷管出口处的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；明确缩放喷管中的压力可以低于临界压力，流速可高于当地音速，而流量不可能大于最大流量；对喷管中气流的实际复杂过程有所了解，能定性解释激波产生的原因。
实验原理：1．喷管中气流的基本原理 由连续方程、能量方程和状态方程结合声速公式KPV a =得：c dc M A dA ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=12 马赫数M=c/a显然，要使喷管中气流加速，当M<1时，喷管应为渐缩型（dA<0）；当气流M>1时，喷管应为渐扩型（dA>0）。
2．气体流动的临界概念喷管中气流的特征是dp<0，dc>0，dv>0，三者之间互相制约。
当某一截面的速度达到当地音速时，气流处于从亚音速变为超音速的转折点，通常称为临界状态。
临界压力比112-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=K KK ν ，对于空气，?=0.528当渐缩喷管出口处气流速度达到音速或缩放喷管喉部达到音速时，通过喷管的气体流量便达到了最大值，或成临界流量。
可由下式确定： 11121212min max V P K K K K A m ⋅-⎪⎭⎫ ⎝⎛++=& 式中：min A —最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流通截面积；对于缩放喷管即为喉部的面积。
本实验台的两种喷管最小截面积均为11.44）。
3．气体在喷管中的流动（1）渐缩喷管渐缩喷管因受几何条件（dA<0）的限制。
有式（4）可知：气体流速只能等于或低于音速（a C ≤）；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（c P P ≥2）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（max m m &&=）。
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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：
c
dc f df v dv
f 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。
P
P
1
2=
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 。
所以，气流在渐缩喷管中流动时最大膨胀程度决定于临界压
力比β
C 。
P
P K P
P C
C
K K
C
C
1
)
1(1
)1
2(ββ===+- （4-2）
并且临界压力比只和气体的绝热指数K 有关。
对于空气等双原子气体K=1.4，βC =0.528， P C =0.528 P 1。
不同压力比的工况下，气流在喷管中流动时的膨胀情况如图1—1所示。
图中绘出三组曲线。
图1—1 渐缩喷管中压力分布 图1--2渐缩喷管的流量曲线
1—P 2= P C ；2，3，4—P 2> P C 5—P 2< P C
1）曲线1：压力比等于临界压力比（β=βC ），即背压等于临界压力（P 2= P C ），气体在喷管中可以由入口压力P 1一直膨胀到出口背压P C ，即进行了最充分的完全膨胀。
这时，喷管出口的气流流速达到当地音速的数值。
2）曲线2、3、4：压力比大于临界压力比（β>βC ），即背压大于临界压力（P 2> P C ），气体在喷管中也可以由P 1一直膨胀到P 2，但喷管出口的气流流速未达到当地音速的数值。
3）曲线5：压力比小于临界压力（β<βC ），即背压低于临界压力（P 2< P C ），气体在喷管中压力由P 1只能膨胀到P C ，喷管内压力变化情况仍如曲线1所示，它不受背压P 2降低的影响，而气流一离开喷管的出口截面就发生突然的膨胀，压力降至P 2，并因而使气流产生了一部分动能损失。
此时，喷管的出口气流流速仍为当地音速。
通过渐缩喷管的气体质量流量m 与压力比β（P 2/ P 1）有关，计算公式为：
))1
2(1
2(1
2121
12
P P P P v P f
K
K k
K K
m +-⋅
-=
（4-3）
式中：K —绝热指数；
f 2－喷管的出口截面积[m 2
]；
v 1—喷管进口截面上气体的比容[m 3
/kg]
；
P 1，P 2—喷管进出口截面上气体压力和背压[P a ]；
上式适用于P 2≥ P C 的情况。
当P 2=P C 时，上式可根据式（2）的关系整理成为：
)((
1
21
1
1
22
max
)1
2v
p k f
m
k k k
⋅+=
+- （4-4）
再将k=1.4代入此式，则可将进一步化简为：
或
T
p
f m
v p f m
1
1
2
max
1
1
2max
1
0404.0685.0== （4-5）
（5）式表示，喷管的最大质量流量值决定于喷管进口的气体状态，当背压自临界压力继续降低时，喷管的流量将保持最大值而不再变化。
在进口气体状态不变时，渐缩喷管通过的质量流量与压力比的关系如图1—2所示。
2 渐缩渐扩喷管（拉伐尔喷管）
当压力比低于临界压力比（β<βC ）时，应采用渐缩渐扩喷管，以获得超音速气流。
气体在渐缩渐扩喷管中流动时的膨胀情况可由图3—3所示的三组压力分布曲线表明。
曲线1：喷管在设计条件下工作，气流在喷管中由入口压力膨胀至背压，即气流得到完全膨胀。
在最小截面上，压力为临界压力、气流达到临界流速。
在渐扩段转入超音速流动。
曲线7：喷管在非设计条件下工作。
此时，喷管的实际背压低于设计值，气流发生膨胀不足，在喷管内气流仍可如设计条件一样（如曲线1），由入口压力膨胀至设计背压值，当气流一离开出口截面就发生突然膨胀，压力降低到实际背压值。
这部分管
外突然膨胀使气流损失了一部分动能 图1—3 渐缩渐扩喷管中的压力分布
曲线2、3、4：喷管在背压高于设计背压的 １－在设计条件下工作的压力分布图； 非设计条件下工作。
此时气流膨胀过度，气流在 ２，3，4，5，6—膨胀过度时压力分布图喷管中膨胀到比外界（实际）背压低的压力，而 7—膨胀不足时喷管出口出现的突然膨胀。
后由该截面至出口截面气流发生压缩过程，使出
口截面压力提高到外界背压而排出。
喷管中开始发生压缩的（截面）位置随背压的提高而向最小截面方面移动。
当背压提高到某一数值P 2c 时，喷管中开始出现压缩过程的位置发生在最小截面，如曲线4。
曲线5、6：如果再继续提高背压（P 2> P 2C ），喷管最小截面上的压力就不再保持临界压力，而随背压的升高而升高。
这时气体在最小截面之前（即渐缩段）的膨胀情况也受背压改变的影响，各截面上的压力值均随背压的升高而升高。
渐缩渐扩喷管也有像渐缩喷管一样图形的流量曲线，当β≤βC 时，出现最大流量。
此时最大流量值仍可用式（4）计算，只是将式中的f 改为f min 。
即：
)((1
21
11
2min
max
)1
2v
p k f
m
k k k
⋅+=
+- （4-6）。