喷管实验实验报告
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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a?kpv得:
da?2?dc??m?1?
?c 马赫数m=c/a 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。
k
?2?k?1????
k?1??临界压力比
,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:
2k?2?k?1p?m?a???maxmik?1?k?1?v1 式中:
amin—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(c?a);出口截面的压力只能高于或等于临界压力(p2?pc);通过喷管的流量只能等于
或小于最大流量(m?mmax)。
(2)缩放喷管
缩放喷管的喉部da=0,因而气流可达到音速(c=a);扩大段da>0,出口截面处的流
速可超音速(c>a),其压力可低于临界压力(p2<pc),但因喉部几何尺寸的限制,其
流量的
?
?
最大值仍为最大流量(mmax)。气流在扩大段能做完全膨胀,这时出口截面处的压力称为
设计压力(pd)。
?
实验装置:
图2 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
图1 探针测压简图
1. 管道; 5. 测量喷管各截面压力的压力表;
2. 喷管;
6. 测量喷管入口压力的压力表;
3. 探针; 7. 测量喷管排气管道中压力(背压)的压力表
4. 测压孔;
实验步骤:
一、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。二、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。
三、测量轴向压力分布
(1)用罐前调节阀调节背压至一定值(见真空表读数),并记下该数值。
(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)便停顿一下,记下该测点的坐标位置及相应的压力值,一直测至喷管出口之处。于是便得到一条在这一背压下喷管的压力分布曲线。
(3)若要做若干条压力分布曲线,只要改变其背压值并重复步骤(1)~(2)即可。
四、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。
五、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。
实验处理:
。