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实验喷管特性实验一、 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M1时,喷管应为渐缩型(dA1时,喷管应为渐扩型(dA0)。2气体流动的临界概念 喷管中气流的特征是dp0,dv0,三者之间互相制约。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,n=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(dA0,出口截面处的流速可超音速(ca),其压力可低于临界压力(P2Pc),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/ mmX处的压力背压 Px/MPaPb/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/ mmX处的压力背压 Px/MPaPb/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/ mmH2O1. 绘制不同工况下喷管内的压力(绝对压力)分布曲线Px/P1X;渐缩喷管缩放喷管:2. 绘制流量曲线HX 渐缩喷管: 缩放喷管:六、实验注意: (1)实验时候冷却水的温度不能太高,不然真空泵的效果不好。(2)停机前,先关真空罐出口调节阀,让真空罐充气,关真空泵后,立即打开此阀,让真空泵充气。防止真空泵回油,也有利于真空泵下次启动。
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