喷管特性实验指导书
喷管实验报告
喷管实验报告引言部分：喷管实验是流体力学中的一项重要实验，通过研究流体在高速喷射过程中的运动规律以及与环境的相互作用，可以深入理解流体动力学的几个基本理论，具有重要的理论和实际意义。
本报告将围绕喷管实验的原理、实验装置以及实验结果进行详细阐述。
实验原理部分：喷管实验原理是基于质量守恒和动量定律。
当流体经过喷嘴进入收敛段后，由于截面积的逐渐减小，流速随之增加，由质量守恒定律可得，流速增加时，单位时间内通过截面积减小的流体质量将增加。
而根据动量定律，当流速增加时，单位时间内通过截面积减小的液体流体动量将增加，因此在流体加速过程中会产生一个向前的推力。
实验装置部分：喷管实验通常采用液压驱动的流体，实验装置由电机、水箱、管道、喷嘴等组成。
水箱内充满流体，通过电机驱动水泵将流体压入管道中，经过喷嘴形成射流，喷嘴的形状和尺寸是影响喷管性能的关键因素之一。
实验装置需要保证流体的连续性和稳定性，同时要确保实验环境的安全性，防止流体泄漏。
实验结果与分析部分：实验结果的测量主要包括压强、流速和出口截面积等参数，通过这些参数可以计算出流体的密度、流量等相关物理量。
在实验中，我们观察到随着流速的增加，喷管的射程逐渐增加，并且水柱呈现出下弯曲的形状。
这表明射流在高速下受到了很大的阻力，这种阻力主要来自于空气摩擦力和涡流损失。
实验结果还显示，喷管的射程与流速之间呈现非线性关系，这与实验装置中存在的一些非理想因素有关。
结论部分：通过喷管实验，我们深入理解并验证了流体力学的一些基本理论。
实验结果显示，喷管的射程受到多种因素的影响，包括流速、喷嘴形状和环境条件等。
同时，喷管实验还提醒我们，在实际应用中，需要考虑流体与环境的相互作用，以及非理想因素对实验结果的影响。
在逐步完善实验装置的基础上，我们可以进一步研究流体力学领域中的更多问题，为工程应用提供有力支持。
总结：喷管实验作为流体力学的基础实验，为我们理解流体的运动规律和相互作用提供了重要参考。
喷管实验实验报告思考题(3篇)
第1篇一、实验目的思考题1. 在实验中，喷管的形状和尺寸对气体流动有什么影响？请结合实验结果进行分析。
2. 实验中观察到的马赫数与理论计算值存在差异，分析可能的原因。
3. 通过实验，你对连续流动和非连续流动有了哪些新的认识？4. 喷管实验对实际工程应用有哪些指导意义？二、实验原理思考题1. 请详细阐述喷管实验中使用的连续性方程和伯努利方程的物理意义。
2. 解释喷管中气体速度、压力和密度之间的关系。
3. 在实验中，为什么选择特定的喷管形状和尺寸？4. 如何根据实验结果验证喷管实验的理论模型？三、实验装置与试剂思考题1. 实验中使用的喷管材料对其性能有何影响？2. 实验过程中，如何确保喷管内壁光滑，减少摩擦阻力？3. 为什么要使用特定的气体作为实验介质？4. 实验装置中各部件的作用是什么？四、实验步骤思考题1. 在实验过程中，如何确保喷管入口处的气流是均匀的？2. 实验中，如何避免喷管内壁产生沉积物？3. 实验过程中，如何测量气体速度、压力和密度？4. 在实验过程中，如何处理实验数据，确保数据的准确性？五、实验数据处理与分析思考题1. 请解释实验中使用的测量仪器和方法的误差来源。
2. 分析实验数据，验证连续性方程和伯努利方程在喷管实验中的适用性。
3. 通过实验数据，分析喷管形状和尺寸对气体流动的影响。
4. 比较实验结果与理论计算值，分析误差产生的原因。
六、实验结论思考题1. 根据实验结果，总结喷管实验中气体流动的特点。
2. 分析喷管形状和尺寸对气体流动的影响规律。
3. 喷管实验对实际工程应用有哪些启示？4. 如何改进喷管设计，提高气体流动性能？七、思考题（结合实际）1. 请举例说明喷管实验在航空、航天、汽车等领域的应用。
2. 分析喷管实验在新能源、环境保护等领域的潜在应用价值。
3. 结合实验结果，探讨喷管实验在相关学科交叉研究中的作用。
4. 请提出喷管实验未来研究方向及改进措施。
八、实验心得体会1. 通过本次实验，你学到了哪些知识和技能？2. 在实验过程中，你遇到了哪些困难？如何克服？3. 请谈谈你对喷管实验的理解和认识。
拉瓦尔喷管实验报告
一、实验目的1. 了解拉瓦尔喷管的气动特性及其工作原理。
2. 通过虚拟仿真实验，掌握拉瓦尔喷管内部气流参数沿流向的变化规律。
3. 分析超声速喷管内部的波涡干涉现象，揭示激波诱导边界层分离现象和声速线与正激波形成过程的内在机理。
4. 培养学生的创新意识和实践能力。
二、实验原理拉瓦尔喷管是一种先收缩后扩张的管道，广泛应用于火箭推进器、喷气发动机、汽轮机等设备中。
其工作原理如下：1. 在喷管入口，气体压力较高，流速较低。
2. 当气体通过收缩段时，压力降低，流速增加，直至达到音速。
3. 进入扩张段后，气体压力进一步降低，流速继续增加，直至达到超声速。
三、实验内容1. 设计一款出口马赫数为2.2的拉瓦尔喷管，验证数值仿真方法的合理性。
2. 研究超声速喷管内部气流参数沿流向的变化规律。
3. 分析波涡干涉现象、激波诱导边界层分离现象和声速线与正激波形成过程的内在机理。
四、实验步骤1. 利用虚拟仿真软件建立拉瓦尔喷管模型，设置出口马赫数为2.2。
2. 对模型进行网格划分，设置求解器参数。
3. 运行仿真，观察并记录不同背压条件下气体流动过程。
4. 分析仿真结果，对比经典一维气动理论。
5. 总结实验结论，撰写实验报告。
五、实验结果与分析1. 通过虚拟仿真实验，成功展示了不同背压条件下的气体流动过程，与经典一维气动理论一致。
2. 在收缩段，气体压力降低，流速增加，符合“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理。
3. 进入喉道后，气体流速达到音速，压力达到最大值。
4. 在扩张段，气体压力进一步降低，流速继续增加，直至达到超声速。
5. 通过分析仿真结果，揭示了激波诱导边界层分离现象和声速线与正激波形成过程的内在机理。
六、实验结论1. 拉瓦尔喷管能够有效提高气体流速，使其达到超声速。
2. 虚拟仿真实验能够直观展示拉瓦尔喷管内部气流参数沿流向的变化规律，有助于理解拉瓦尔喷管的气动特性。
3. 本实验验证了数值仿真方法的合理性，为后续研究提供了参考。
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。
喷管实验
数据的采集与整理
实验报告内容
1、以测压探针孔在喷管中的位置（x） 为横坐标，以为纵坐 标，绘制不同工况下的压力分布曲线。 2、一压力比为横坐标，流量为纵坐标，绘制流量曲线。 3、根据条件，计算喷管最大流量的理论值，且与实验值比较。
实验的思考及知识点回顾
何谓喷管的Байду номын сангаас界压力，如何确定 喷管出口界面压力与背压之间的关系 减缩喷管的背压能降到临界压力以下吗
喷管的种类
减缩喷管
渐放喷管
试验装置
实验台主要由进气管、 孔板流量计、喷管（两 种喷管可更换）、测压 探针、真空表及其移动 机构、真空罐、真空泵 和调节阀门等组成（参 见附图）。喷管由透明 有机玻璃制成，形象直 观。（真空泵自备）
实验原理
1、喷管中气流的基本规律 （1）、由能量方程： （2）、由连续性方程：
实验步骤
1、装上所需的喷管。 2、打开罐前的调节阀，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门，启动真空泵。 3、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），并记录下该值。 （2）、转动手轮，使测压探针向出口方向移动。每移动一定距离便记录该点的 坐标位置及相应的压力值，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（1）、（2）步 骤即可。 4、流量曲线的测绘 （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，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20—30mmHg柱，稳定后记录背压值 和U型管差压计的读数。 5、实验结束后的设备操作 打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气；3分钟后停真空泵并立即 打开罐后调节阀，让真空泵充气（目的是防止回油）。最后关闭冷却水阀门。
【VIP专享】实验二 喷管中气体流动特性实验
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 vυυ+-=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。
汽轮机、锅炉实验指导书
实验12 空气在喷管中流动特性的测定一、实验目的1、 验证并进一步加深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、 比较熟练地掌握用常规、计算机数据采集仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法。
3、 重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其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。
4、 重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的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。
5、 应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二、实验原理1、喷管中气流的基本规律（1）截面积不变，改变进出口的压差——力学条件2f fdc dpMa p c κ=- 可见，当气体流经喷管速度增加时，压力必然下降；如压力升高，则流速必降低。
（2）固定压差，改变进出口截面面积——几何条件2(1)f fdc dAMa A c =- f c Ma c = 当1Ma <（亚声速流动）时，要想增加流速，喷管应为渐缩型)0(<dA ； 当1Ma >（超声速流动）时，要想增加流速，喷管应为渐扩型)0(>dA ； 对于气流有亚声速连续增加至超声速时，喷管要做成渐缩渐扩型（缩放喷管） 2、气体流动的临界概念喷管气流的特征是0<dp ，0f dc >，0>νd ，三者之间互相制约。
当某一截面的流速达到当地音速（亦称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力（cr p ）。
临界压力与喷管初压（0p ）之比称为临界压力比，有：crcr p p ν=经推导可得： 121k k cr k ν-⎛⎫= ⎪+⎝⎭(3)对于空气，0.528cr ν=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，通过喷管的气体流量便达到了最大值（,max m q ），或称为临界流量。
可由下式确定：,max m q A = (4)式中：min A —最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流道截面积；对于缩放喷管即为喉部处的流道截面积）。
热工实验指导书
图6-3 标准曲线图
七、思考题 1.恒温器上接触式水银温度计上的读数是循环水的真实温度么？为 什么？ 2.讨论活塞式压力计加压过程的操作规程。 3.你得的CO2状态图中，在汽液共存区的定温线为什么不是水平的？
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中的曲线C
所示。激波产生的位置随着背压的升高而向喷管入口方向移动，激波在
未达到喉部之前，其喉部的压力仍保持临界压力，流量仍为最大流量。
控制阀；再开油杯进 油阀，使压力表压力降至0；关压力表控阀，倒退螺杆抽油至极限位置；
然后关闭油杯进油
阀，开压力表控制阀，推进螺杆逐渐加压直到刚才所建立的油压时才能
开油路控制阀，在此
以前油路控制阀决不能开。）
4.实验记录
缓慢加压，密切注意CO2在加压过程的状态变化。将实验过程中的原 始数据和物理现象记录在实验报告上。实验数据包括：
实验二 喷管特性实验
一、实验目的 1.验证喷管中气流的基本规律，加深对临界压力、临界流速和最大流
量等喷管临界参数的理解。 2.比较熟练地掌握压力、压差及流量的测量方法。 3.重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其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。 4.重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低
热工实验指导书
热工实验指导书篇一：热工实验指导书(正文)实验一二氧化碳p、v、t关系的测定一、实验目的1．学习在准平衡状态下，测定气体三个基本状态参数关系的方法。
2．观察在临界状态附近汽液两相互变的现象，测定co2的临界参数。
3．掌握活塞式压力计及恒温器等仪表的使用方法。
二、实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度t之间存在某种确定关系，即状态方程f(p,v,t)?0理想气体的状态方程具有最简单的形式：pv=rt实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映p、v、t之间关系的实际气体的状态方程。
因此，具体测定某种气体的p、v、t关系，并将实测结果描绘在平面的坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。
因为在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，所以具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度t不变的条件下进行的。
三、实验设备本实验装置所测定的气体介质是二氧化碳。
整套装置由试验台本体、测温仪表、活塞式压力计和恒温器四大部分所组成，其系统示意在图一中。
图一试验台系统图试验台本体的结构如图二所示。
图二试验台本体其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力油；4—水银；5—填料压盖；6—密封填料；7—恒温水套；8—承压玻璃管；9—co2空间；10—温度计。
它的工作情况可简述而下：由活塞式压力计送来的压力油首先进入高压容器，然后通过高压容器和玻璃杯之间的空隙，使玻璃杯中水银表面上的压力加大，迫使水银进入预先灌有co2气体的承压玻璃管，使其中的co2气体受到压缩。
如果忽略中间环节的各种压力损失，可以认为co2气体所受到的压力即活塞式压力计所输出的压力油的压力，其数值可在活塞式压力计台架上的压力表中读出。
至于承压玻璃管中co2 气体的容积，则可由水银柱的高度间接测出（下面还将详细述及）。
05缩放喷管流动特性热流体课程实验
缩放喷管流动特性学M O O C 中国大学M O O C中国大学M 学M O O C中国大学M O O C中国大学M学M OO C中国大学M O O C中国大学M学M O O C 中国大学M OO C中国大学M学M O O C中国大学M OO C中国大学M学MO OC中国大学M OO C中国大学M学M OO C中国大学M OO C中国大学M学M OO C 中国大学M OOC中国大学M缩放喷管流动特点图1 缩放喷管压力分布◆1——设计背压工况◆7——背压低于设计背压◆2、3、4——间断面工况◆5、6——喉部流速达不到音速O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学MOO C 中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学OOC中国大学M OOC中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学M O O C中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学图2 缩放喷管取压截面分布图3缩放喷管截面真空度（a ）（b ）（c ）（d ）O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O CO O C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学M OO CO O C中国大学MOOC中国大学MO O C中国大学M OO COO C中国大学M O OC中国大学M OO C中国大学M OO CO O C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学M OO COO C中国大学MOO C中国大学M OO C中国大学M O OCOO C 中国大学M OO C 中国大学M OOC 中国大学M OO C图4 缩放喷管自动化测量系统O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O CO O C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学M OO CO O C中国大学M OOC中国大学M O O C中国大学M OO COO C 中国大学M O O C 中国大学M OO C 中国大学M OO COOC中国大学M OOC中国大学M OO C中国大学M OO COO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学M OO COO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C实验设备与测量过程已现场录制O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学M O O C 中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学O O C中国大学MOO C中国大学MOO C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学M O O C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学OOC中国大学M OOC中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学缩放喷管设计工况大气压力：95.2单位：kPa测点12/喉部345/出口6/背压真空度6.438.863.380.481.383.9绝对压力88.856.431.914.813.911.3间断面消失时的背压（绝对压力）74.3临界压力比v cr=p 02p 0=56.495.2=0.592O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学M O O C中国大学O OC中国大学M OO C中国大学MO O C中国大学M OO C中国大学OOC 中国大学M OOC中国大学M O O C中国大学MOOC中国大学OO C中国大学M OO C中国大学MO O C中国大学M OO C中国大学OO C中国大学M O O C中国大学MOOC中国大学M OOC中国大学O O C中国大学M O O C中国大学MOO C中国大学M OO C中国大学截面压力变化（a ）（b ）（e ）（c ）（d ）O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学M O O C 中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学O O C中国大学MOO C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学MOO C 中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M O OC中国大学M OOC中国大学OO C中国大学M O OC中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学不同工况曲线膨胀过度设计工况膨胀不足O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学O O C中国大学M O O C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学O O C中国大学MOOC中国大学MO O C中国大学M OO C中国大学OO C 中国大学M O O C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学OOC中国大学M OOC中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学OO C中国大学M OO C中国大学M OOC中国大学M OOC中国大学OO C中国大学M O O C中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学谢谢大家！O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学M O O C中国大学M O O C 中国大学M O O C 中国大学M O O C中国大学MO O C中国大学M O O C 中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学MO O C中国大学MOOC 中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学MOO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学MOOC中国大学M OOC中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学MOO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学M OO C中国大学MOO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C 中国大学M OO C中国大学M。
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喷管特性实验一、实验目的及要求1、验证并进一步加深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、比较熟练地掌握用常规、计算机数据采集仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法。
3、重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其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。
4、重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的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。
5、应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。
二、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵。
实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针真空表及其移动机构、调节图1喷管实验台1.进气管2. 空气吸气口3. 孔板流量计4. U形管压差计5. 喷管6.三轮支架7. 测压探压针 8.可移动真空表 9. 位移螺杆机构及位移传感器10. 背压真空表 11. 背压用调节阀12. 真空罐13. 软管接头14、仪表箱15、差压传感器16、被压传感器17、移动压力传感器进气管（1）为ф57×3.5无缝钢管，内径φ50。
.空气吸气口（2）进入进气管，流过孔板流量计（3）。
孔板孔径φ7，采用角接环室取压。
流量的大小可从U形管压差计（4）或微压传感器读出。
喷管（5）用有机玻璃制成。
配给渐缩喷管和缩放喷管各一只，见图2、3。
根据实验的要求，可松开夹持法兰上的固紧螺丝，向左推开进气管的三轮支架（6），更换所需的喷管。
喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探压针（7）（外径φ1.2）连至“可移动真空表”（8）测得，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器（9）实现。
由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ0.5）在喷管内的位置可从喷管外部看出，也可从装在“可移动真空表”下方的针在“喷管轴向坐标板”（在图中未画出）上所指的位置来确定。
喷管的排气管上还装有“背压真空表”背压用调节阀（11）调节。
真空罐（12）直径φ400，体积0.118m 3。
起稳定压的作用。
罐的底部有排污口，供必要时排除积水和污物之用。
为减小震动，真空罐与真空泵之间用软管（13）连接。
在实验中必须测量四个变量，即测压孔在喷管内的不同截面位置x 、气流在该截面上的压力p 、背压p b 、流量m ，这些量可分别用位移指针的位置、可移动真空表、背压真空表以及U 形管压差计的读数来显示。
本实验台配套的仪器设备选型如下：真空泵： 1401型 排气量3200升/分用途和特点本实验台主要用于《工程热力学》教学中“喷管临界状态的观察”实验。
1．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的压力变化。
2．可在各种不同工况下（初压不变，改变背压），观察压力曲线的变化和流量的变化，从中着重观察临界压力和最大流量现象。
3．除供定性观察外，还可作初步的定量实验。
压力测量采用精密真空表，精度0.4级。
流量测量采用低雷诺数锥形孔板流量计，适用的流量范围宽，可从流量接近为零到喷管的最大流量，精度优于2级。
4．采用真空泵为动力，大气为气源。
具有初压初温稳定，操作安全，功耗和噪声较小，试验气流不受压缩机械的污染等优点。
喷管用有机玻璃制作，形象直观。
5．采用一台真空泵，可同时带两台实验台对配给的渐缩、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他各种流道喷管和扩压管的实验。
三、实验原理1、喷管中气流的基本规律（1）由能量方程：221dc dh dq += 及 dp dh dq ν-=可得 cdc dp =-ν (1)可见 ，当气体流经喷管速度增加时，压力必然下降。
（2）由连续性方程：=∙=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=∙=∙νννc A c A c A 222111常数 有 cdc d A dA -=νν 及过程方程=k p ν常数有 pdp kd -=νν根据 cdc dp =-ν马赫数ac M =，而νkp a = 得： c dc M A dA )1(2-= (2) 显然，当来流速度 1<M 时，喷管应为渐缩型)0(<dA ；当来流速度 1>M 时，喷管应为渐扩型)0(>dA 。
2、气流动的临界概念喷管气流的特征是0<dp ，0>dc ，0>νd ，三者之间互相制约。
当某一截面的流速达到当地音速（亦称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力（c p ）。
临界压力与喷管初压（1p ）之比称为临界压力比，有：1p p c =γ 经推导可得： 112-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=k kk γ (3)对于空气，528.0=γ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，通过喷管的气体流量便达到了最大值（max ∙m ），或称为临界流量。
可由下式确定：1112min max 1212νp k k k A m k ∙⎪⎭⎫ ⎝⎛++=-∙ (4)式中：min A —最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流道截面积；截面积。
本实验台的二种最小截面积为：mm 2）。
3、气体在喷管中的流动 图二 渐缩喷管（1）渐缩喷管渐缩喷管因受几何条件)0(<dA 的限制，由式（2）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 ）。
根 据不同的背压（b p ）， 渐缩喷管可分为三种工况，如图三所示：图三 减缩喷管压力分布曲线及流量曲线A —亚临界工况（c b p p >），此时m<max ∙mc b p p p >=2B —临界工况（c b p p =），此时 m=max ∙mc b p p p ==2C —超临界工况（c b p p <），此时 m=max ∙mb c p p p >=2（2）缩放喷管缩放管的喉部0=dA ，因此气流可以达到音速（a C =）；扩大段（0>dA ），出口截面的流速可超音速(a C >),其压力可大于临界压力（c p p <2），但因喉部几何尺寸的限制，图四 缩放喷管其流量的最大值仍为最大流量（max ∙m ）。
气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面出的压力成为设计压力（d p ）。
缩放喷管随工作背压不同，亦可分为三种情况：A —被压等于设计被压（d b p p =）时，称为设计工况。
此时气流在喷管中能完全膨胀，出口截面的压力与被压相等（d b p p p ==2），见图五中的曲线A 。
在喷管喉部，压力达到临界压力，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。
图五 减缩喷管压力分布曲线及流量曲线B —被压低于设计被压（d b p p <）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围介质汇合，其压力立即降至实际被压值，如图五曲线B 所示，流量仍为最大流量。
C —被压高于设计被压（d b p p >）时，气流在喷管内膨胀过渡，其压力低于被压，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，其压力达到被压。
如图五中的曲线C 所示。
激波产生的位置随着背压的升高而向喷管入口方向移动，激波在未达到喉部之前，其喉部的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的特性相同了，其流量低于最大流量。
四、操作步骤（计算机接口及操作见软件使用说明）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一至二圈。
一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门。
而后启动真空泵。
3、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），并记录下该值。
（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，记录该点的坐标位置及相应的压力值，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（1）、（2）步骤即可。
4、流量曲线的测绘（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，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20—30mmHg 柱，稳定后记录背压值和U 型管差压计的读数。
当背压升高到某一值时，U 型管差压计的液柱便不再变化（即流量已达到了最大值 ）。
此后尽管不断提高背压，但U 型管差压计的液柱仍保持不变，这时测2—3点。
至此，流量测量即可完成。
渐缩喷管和缩放喷管的流量曲线参见图2和图3 。
5、实验结束后的设备操作打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气；3分钟后停真空泵并立即打开罐后调节阀，让真空泵充气（目的是防止回油）。
最后关闭冷却水阀门。
五、数据处理1、压力值的确定（1）、本实验装置采用的是负压系统，表上读数均为真空度，为此须换算成绝对压力值（p ）：)(v a p p p -= （5）式中： a p —大气压力（mmbar ） ；)(v p —用真空度表示的压力。
（2）、由于喷管前装有孔板流量计，气流有压力损失。
本实验装置的压力损失为U 型管差压计读数（p ∆）的97% 。
因此，喷管入口压力为：p p p a ∆-=97.01 （6）（3）、由式（5）、（6）可得到临界压力158.0p p c =，在真空表上的读数（即用真空度表示）为：p p p a v c ∆+=51.00472.0)( （7）计算时，式中各项必须用相同的压力单位。
（大致判断，)(v c p 约为380mmHg 柱）。
2、喷管实际流量测定由于管内气流的摩擦而形成边界层，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：γβε∙∙∙∆⨯=-p m 410373.1 （kg/s ）式中：ε—流速膨胀系数；ap p ∆⨯-=-210873.21εβ—气态修正系数；273538.==a a t p o β γ—几何修正系数（约等于1.0）； Δp —U 型管差压计的读数（mmH 2O ） ； a t —室温（℃）；a p —大气压力（mbar ） 。