喷管特性实验.doc

实验３喷管特性实验
实验目的
（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律。
（2）测定不同工况下，气流在喷管内流量的变化，绘制流量曲线。
（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置X）的压力变化情况，绘制关系曲线。
二、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

三、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。有公式可知：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<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（）。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）。
四、实验内容及步骤：
1、调整好移动探针的基准位置；小心地装上要求实验的喷管（注意：不要碰坏测压探针）。
2、用随机附带的软连接钢丝管将真空泵与稳压罐连接卡紧。接通自来水并控制进水量使水箱溢流口有小溢流；将真空泵接入三相电源。
3、如果使用的是配有微机接口的实验台，就要将传感器与控制箱连接，控制箱与微机机箱串口相连，然后在微机上运行软件，出现软件界面后，按软件说明书要求操作，开始实验，软件将根据实验工况自行绘制压力曲线和流量曲线，并进行保存
4、检查一切正常后，启动真空泵。全开调节阀5，用调节阀11调节背压至某一定值。摇动手轮使测压孔位置自喷管进口缓慢向出口移动，每隔5mm一停，一直到喷管出口以外左右（观察指针指示位置）。记下真空表9上的读数（真空度）。这样将测得对应于这一背压下的一条曲线。
5、再用调节阀11逐次调节背压为不同的背压值。在各个背压值下，重复上述摇动手轮的操作过程，而得到一组在不同背压下的压力曲线（参见附图压力曲线）。
6、摇动手轮，使测压孔的位置位于喷管出口外处。此时真空表9上的读数为背压。
7、全开罐后调节阀5，用罐前调节阀11调节背压，使它由全关状态逐渐缓慢开启。随背压的降低（真空度升高），流量逐渐增大，当背压降至某一定值时，流量达到最大值，以后将不随的降低而改变。
8、用罐前调节阀11重复上述过程，调节背压，每变化一停，记下真空表8上的背压读数和形管压力计上的压差读数，在座标纸上绘出流量曲线，进行分析。
9、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐前调节阀11和罐底排气阀，关闭罐后调节阀5，使罐内充气。当关闭真空泵后，关闭冷却水阀门，放净水箱和真空泵中存水。

五、数据记录与处理
（一）渐缩喷管P1=0.1MPa绝对压力=0.1MPa—真空度
压力分布
测压位置X/mm
X处的压力
背压Px/MPa
Pb/MPa3691215182124273040455055600.0200
（真空度）真空度绝对压力0.0800
（真空度）真空度绝对压力流量曲线
背压Pb/MPa
（真空度）
孔板流量计压降0.00500.01000.01500.02000.02500.03000.03500.04000.04500.05000.0550H右/mmH2OH左/mmH2O△H/mmH2O（二）缩放喷管P1=0.1MPa绝对压力=0.1MPa—真空度
压力分布
测压位置X/mm
X处的压力
背压Px/MPa
Pb/MPa3691215182124273040455055600.0200
（真空度）真空度绝对压力0.0800
（真空度）真空度绝对压力
流量曲线
背压Pb/MPa
（真空度）
孔板流量计压降0.00500.01000.01500.02000.02500.03000.03