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得:
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 ,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:
式中:
—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();出口截面的压力只能高于或等于临界压力();通过喷管的流量只能等于或小于最大流量()。
(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
实验装置:
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
(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。
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。
实验处理:
数据记录
一、渐缩喷管 大气压0.1MPa
压力分布
测压位置 mm 背压 MPa | 孔板流量计压降?H mm | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | |
h左 | h右 | |||||||||
0.02 | 376.9 | 615.9 | 0.0015 | 0.0015 | 0.0020 | 0.0025 | 0.0040 | 0.0055 | 0.0070 | 0.0095 |
0.05 | 306.5 | 688.0 | 0.0025 | 0.0030 | 0.0040 | 0.0050 | 0.0070 | 0.0095 | 0.0135 | 0.0170 |
0.08 | 305.0 | 690.0 | 0.0030 | 0.0035 | 0.0045 | 0.0050 | 0.0075 | 0.0100 | 0.0130 | 0.0165 |
测压位置 mm 背压 MPa | 孔板流量计压降?H mm | 27 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | |
h左 | h右 | |||||||||
0.02 | 376.9 | 615.9 | 0.0110 | 0.0140 | 0.0200 | 0.0175 | 0.0175 | 0.0175 | 0.0175 | 0.0175 |
0.05 | 306.5 | 688.0 | 0.0200 | 0.0275 | 0.0430 | 0.0430 | 0.0430 | 0.0430 | 0.0430 | 0.0430 |
0.08 | 305.0 | 690.0 | 0.0205 | 0.0365 | 0.0615 | 0.0625 | 0.0630 | 0.0630 | 0.0630 | 0.0630 |
流量曲线
背压 MPa 孔板流量计压降 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.05 | 0.06 | 0.07 | 0.08 | 0.09 |
H左mmH2O | 4320 | 3770 | 3390 | 3150 | 3060 | 3050 | 3050 | 3050 | 3050 |
H右mmH2O | 5590 | 6150 | 6530 | 6780 | 6880 | 6890 | 6890 | 6890 | 6890 |
二、缩放喷管
压力分布
测压位置 mm 背压 mmHg | 孔板流量计压降?H cm | 3 | 6 | 9 | 12 | 15 | 18 | 21 | 24 | |
h左 | h右 | |||||||||
150 | 67.75 | 35.25 | 240 | 220 | 205 | 192 | 182 | 175 | 169 | 162 |
450 | 69.70 | 33.30 | 476 | 505 | 521 | 540 | 544 | 515 | 505 | 492 |
650 | 69.60 | 33.40 | 510 | 542 | 555 | 571 | 592 | 600 | 610 | 625 |
测压位置 mm 背压 mmHg | 孔板流量计压降?H cm | 27 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | |
h左 | h右 | |||||||||
150 | 67.75 | 35.25 | 152 | 144 | 144 | 144 | 144 | 144 | 144 | 144 |
450 | 69.70 | 33.30 | 480 | 457 | 455 | 455 | 455 | 455 | 455 | 455 |
650 | 69.60 | 33.40 | 638 | 656 | 645 | 660 | 648 | 655 | 655 | 655 |
流量曲线
背压 mmHg 孔板流量计压降 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 |
H左mmH2O | 55.50 | 60.00 | 63.60 | 66.60 | 68.70 | 69.60 | 69.60 | 69.60 | 69.60 | 69.60 |
H右mmH2O | 47.50 | 43.00 | 39.40 | 36.40 | 34.20 | 33.30 | 33.30 | 33.30 | 33.30 | 33.30 |
1.绘制不同工况下喷管内的压力分布曲线P/P1~X,并作讨论;
渐缩喷管
缩放喷管:
2.绘制流量曲线,并分析特征
渐缩喷管:
缩放喷管:
实验注意:
测量前将负压和压差电位器进行调整,使负压和压差直流输出信号为零
测量喷管压力变化情况时,应使a和b间电压保持在8.7伏,使c和d间电压保持在1.3伏。
摇动手轮使探针测压孔对准喷管入口零处(指针对准标板零刻度即可),并使位移信号电压输出为0伏,如果不为0伏则调整稳压器微调e使之为0伏,然后再摇动手轮使探针测压孔对准喷管出口处(指针对准坐标刻度35mm处即可),并使位移信号电压输出为3.5伏,如果不是3.5伏,则调整稳压微调f使之为3.5伏(0伏和3.5伏要反复多次才能调好)。
本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/e6358d72294ac850ad02de80d4d8d15abf230094.html
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