噴管實(shí)驗(yàn)臺(tái) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)
- 發(fā)布者：信 息 資 訊 發(fā)表時(shí)間:2020-03-18
- 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1、鞏固和驗(yàn)證氣流在噴管中流動(dòng)的基本理論。
2、了解氣流在噴管流動(dòng)中的壓力、流量的變化規(guī)律及測(cè)試方法。
3、加深對(duì)臨界狀態(tài)基本概念的理解。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、噴管中氣體流動(dòng)的基本規(guī)律
根據(jù)氣體在噴管中作一元穩(wěn)定等熵流動(dòng)的特點(diǎn)，我們得到氣體在變截面管道中，氣流速度W、密度ρ、壓力P的變化與截面A的變化及馬赫數(shù)Ma（速度W與音速a之比）的大小有關(guān)。它們的變化規(guī)律如下表。
由此可以得到下面一些結(jié)論：
①在亞音速（Ma＜1）等熵流動(dòng)中，氣體在dA/dx＜0的管道（漸縮管）里，速度W增加，而密度r、壓力P降低；在dA/dx＞0的管道（漸擴(kuò)管）里，速度減少。
而密度、壓力增大。
②在超音速（Ma＞1）等熵流動(dòng)中，情況正好與亞音速流動(dòng)的特點(diǎn)相反，氣體在漸縮管中速度減少，而壓力、密度增大；在漸擴(kuò)管中速度增加，密度、壓力降低。
③因此要想獲得超音速氣流，就必須使亞音速氣流先在漸縮管中加速。當(dāng)氣流被加速到Ma＝1，即達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，變要改用漸擴(kuò)管，以使氣流繼續(xù)加速到超音速，如圖1所示。
2、噴管中的流量m計(jì)算
根據(jù)氣體一元穩(wěn)定等熵流動(dòng)的連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程及絕熱氣體狀態(tài)方程、等熵過(guò)程方程，得到氣流在噴管中流量m的表達(dá)式為：
很顯然，滿(mǎn)足式（2）的P2即為臨界值Pco對(duì)應(yīng)于該截面上的氣流速度W2將達(dá)到音速a。
3、噴管中的實(shí)際流量
.
前面（1）、（4）式給出理想流動(dòng)的流量m表達(dá)式。實(shí)際上，由于氣流與管壁的摩擦所產(chǎn)生的邊界層，減少了流動(dòng)截面積。因此，實(shí)際流量是小于理論流量。二者之比稱(chēng)為流量系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是采用錐形入口孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量噴管的實(shí)際流量。根據(jù)孔板流量計(jì)上所顯示的壓差△P（在U型管壓差計(jì)上讀出）。求得流量m與壓差△P的關(guān)系表達(dá)式為：
三、實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，主要由真空泵和噴管實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體組成。
由于真空泵的抽吸，空氣由進(jìn)氣口2進(jìn)入吸氣管1（Ф57×3.5的無(wú)縫鋼管）中，經(jīng)過(guò)孔板流量計(jì)3（Ф7）進(jìn)入噴管。流量的大小可由U形管壓差計(jì)4上讀出。噴管5用有機(jī)玻璃制成。有漸縮噴管與縮放噴管兩種型式，如圖3、圖4所示?？筛鶕?jù)實(shí)驗(yàn)要求，松開(kāi)夾持法蘭上的螺絲向左推開(kāi)三輪支架6，更換所需要的噴管。噴管各截面上的壓力，可從可移動(dòng)的真空表8上讀出。真空表8與內(nèi)徑為Ф0.8的測(cè)壓探針7相連。探針的頂端封死，在其中段開(kāi)有徑向測(cè)壓小孔。通過(guò)搖動(dòng)手輪螺桿機(jī)構(gòu)9，可使探針7沿噴管軸線(xiàn)左右移動(dòng)，從而改變測(cè)壓孔的位置，進(jìn)行噴管中不同截面上壓力的測(cè)量。
測(cè)壓孔的位置，可以由位于可移動(dòng)真空表8下方的指針，在坐標(biāo)板上所指出的X值來(lái)確定。噴管的排氣上還裝有背壓Pb真空表10。背壓由調(diào)節(jié)閥11′調(diào)節(jié)。真空罐12前的調(diào)節(jié)閥11用于急速調(diào)節(jié)。
直徑為Ф400的真空罐12是用于穩(wěn)定背壓Pb的作用。為了減少振動(dòng)，泵與罐之間用軟管13連接。
在實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量4個(gè)變量：①測(cè)壓探針7上測(cè)壓孔的水平位置X。②氣流沿噴管軸線(xiàn)X截面上的壓力Px；③背壓Pb；④流量m；這4個(gè)變量可分別用位移指針的位置x，可移真空表8上的讀數(shù)Pa，背壓真空表10上的讀數(shù)Pb，及U形管壓差計(jì)4上的讀數(shù)△P測(cè)得。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、用坐標(biāo)校準(zhǔn)器調(diào)好“位移坐標(biāo)”的基準(zhǔn)位置。然后小心地裝上要求實(shí)驗(yàn)的噴管。（注意：不要碰壞測(cè)壓探針）打開(kāi)調(diào)壓閥11。
2、檢查真空泵的油位，打開(kāi)冷卻水閥門(mén)，用手輪轉(zhuǎn)動(dòng)飛輪1—2圈，檢查一切正常后，啟動(dòng)真空泵。
3、全開(kāi)罐后調(diào)節(jié)閥11，用罐前調(diào)節(jié)閥11′調(diào)節(jié)背壓Pb至一定值。搖動(dòng)手輪9使測(cè)壓孔位置x自噴管進(jìn)口緩慢向出口移動(dòng)。每隔5㎜一停，記下真空表8上的讀數(shù)（真空度）。這樣將測(cè)得對(duì)應(yīng)于某一背壓下的一條Px/P1 — X曲線(xiàn)。
4、再用罐前調(diào)節(jié)閥11′逐次調(diào)節(jié)背壓Pb為不同的背壓值。在各個(gè)背壓值下，重復(fù)上述搖動(dòng)手輪9的操作過(guò)程，而得到一組在不同背壓下的壓力曲線(xiàn)Px/P1—X（如圖5、圖6所示）。
5、搖動(dòng)手輪8，使測(cè)壓孔的位置X位于噴管出口外30—40㎜處。此時(shí)真空表8上的讀數(shù)為背壓Pb。
6、全開(kāi)罐后調(diào)節(jié)閥11，用罐前調(diào)節(jié)閥11′調(diào)節(jié)背壓Pb，使它由全關(guān)狀態(tài)逐漸緩慢開(kāi)啟。隨背壓Pb的降低（真空度升高），流量m逐漸增大，當(dāng)背壓降至某一定值（漸縮噴管為Pc，縮
.
放管為Pf）時(shí)，流量達(dá)到最大值mmax，以后，將不隨Pb的降低而改變。
7、用罐前調(diào)節(jié)閥11′重復(fù)上述過(guò)程，調(diào)節(jié)背壓Pb，每變化50㎜Hg一停，記下真空表10上的背壓讀數(shù)和U型管壓力計(jì)4上的壓差△P（㎜H2O）讀數(shù)（低真空時(shí)，流量變化大，可取20mmHg；高真空時(shí)，流量變化小，可取10mmHg間隔），將讀數(shù)換算成壓力比Po/P1和流量m（可用圖7上給出的m/ebg×10º—△P曲線(xiàn)求得流量m），在坐標(biāo)紙上給出流量曲線(xiàn)（如圖8、圖9所示），進(jìn)行分析。
8、在實(shí)驗(yàn)結(jié)束階段真空泵停機(jī)前，打開(kāi)罐前調(diào)節(jié)閥11′，關(guān)閉罐后調(diào)節(jié)閥11，使罐內(nèi)充氣。當(dāng)關(guān)閉真空泵后，立即打開(kāi)罐后調(diào)節(jié)閥11，使真空泵充氣，以防止真空泵回油。最后關(guān)閉冷卻水閥門(mén)。
五、數(shù)據(jù)記錄與整理
實(shí)驗(yàn)中應(yīng)認(rèn)真做好原始數(shù)據(jù)記錄（包括：室溫ta，大氣壓Pa及實(shí)驗(yàn)日期）。如發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大誤差，應(yīng)仔細(xì)分析查找原因。
在整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，由于各種實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)都是以壓力比（Px/ P1，Pb/ P1）作坐標(biāo)，因此必須將壓力換算為相同單位進(jìn)行計(jì)算。
建議將所有數(shù)據(jù)填入如下兩種形式的表格中。
六、討論
1、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2、實(shí)驗(yàn)的收獲，體會(huì)及存在問(wèn)題
3、對(duì)改進(jìn)意見(jiàn)。
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