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《喷管临界状态观测试验实验指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、喷管临界状态观测试验实验指导书一、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、比较熟练地掌握用热工仪表测量压力(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
2、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、调节阀、真空罐等几部分组成,见图1.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.手轮螺杆机构10.背压真空表11.背压用调节阀12.真空罐13.软管接头进气管(1)为ф57*3.5无缝钢管,内径ф50..空气吸气口(2)进入进气管,流过孔板流量计(3).孔板孔径ф7,采用角接环室取压.流量的大小可
3、从U形管压差计(4)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ф1.2)连至"可移动真空表"(8)测得,它们的移动通过手轮~螺杆机构(9)实现.由于喷管是透明的,测压探针上的测压孔(ф0.5)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
4、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ф400,体积0.118m3.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pb、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
5、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
6、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:及可得(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:常数有及过程方程常数有根据马赫数,而得:2)显然,当来流速度时,喷管应为渐缩型;当来流速度时,喷管应为渐缩型.2、气流动的临界概念喷管气流的特征是,,,三者之间互相制约.当某一截面的流
7、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().临界压力与喷管初压()之比称为临界压力比,有:经推导可得:3)对于空气,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(),或称为临界流量.可由下式确定:(4)式中:—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.本实验台的二种最小道截面积为:19.625mm2).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的限制,由式(2)可知
8、: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().根据不同的背压(),渐缩喷管可分为三种工况,如图所示:A—亚临界工况(),此时m<B—临界工况(),此时m=C—超临界工况(),此时m=(2)缩放喷管缩放管的喉部,因此气流可以达到音速();扩大段(),出口截面的流速可超音速(),其压力可大于临界压力(),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,这时出口截面出的压力成为
