工程热力学喷管特性实验.doc

实 验 报 告 评分 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）。实验装置:图1 探针测压简图1. 管道； 5. 测量喷管各截面压力的压力表；2. 喷管； 6. 测量喷管入口压力的压力表；3. 探针； 7. 测量喷管排气管道中压力（背压）的压力表4. 测压孔；图2 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12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23mm）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2030mmHg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23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；23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DH mm3691215182124h左h右0.02376.9615.90.00150.00150.00200.00250.00400.00550.00700.00950.05306.5688.00.00250.00300.00400.00500.00700.00950.01350.0170 0.08305.0690.00.00300.00350.00450.00500.00750.01000.01300.0165测压位置mm背压MPa孔板流量计压降DH mm2730354045505560h左h右0.02376.9615.90.01100.01400.02000.01750.01750.01750.01750.01750.05306.5688.00.02000.02750.04300.04300.04300.04300.04300.04300.08305.0690.00.02050.03650.06150.06250.06300.06300.06300.0630流量曲线 背压 MPa孔板流量计压降0.010.020.030.040.050.060.070.080.09H左mmH2O432037703390315030603050305030503050H右mmH2O559061506530678068806890689068906890二、缩放喷管压力分布测压位置mm背压mmHg孔板流量计压降DH cm3691215182124h左h右15067.7535.2524022020519218217516916245069.7033.3047650552154054451550549265069.6033.40510542555571592600610625测压位置mm背压mmHg孔板流量计压降DH cm2730354045505560h左h右15067.7535.2515214414414414414414414445069.7033.3048045745545545545545545565069.6033.40638656645660648655655655流量曲线 背压 mmHg孔板流量计压降306090120150180210240270300H左mmH2O55.5060.0063.6066.6068.7069.6069.6069.6069.6069.60H右mmH2O47.5043.0039.4036.4034.2033.3033.3033.3033.3033.301. 绘制不同工况下喷管内的压力分布曲线P/P1X，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）。