《工程热力学》实验指导书645.docx
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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.工程热力学实验指导书喷管特性实验一、实验目的1、验证并并进一步步加深对对喷管中中气流基基本规律律的理解解,树立立临界压压力、临临界流速速和最大大流量等等喷管临临界参数数的概念念;2、比较熟熟练地掌掌握用热热工仪表表测量压压力(负负压)、压压差及流流量的方方法;3、明确在在渐缩喷喷管中,其其出口处处的压力力不可能能低于临临界压力力,流速速不可能能高于音音速,流流量不可可能大于于最大流流量。二、实验装装置喷管实验台台1.进气管管 2.空气吸吸气口 3.孔孔板流量
2、量计 44.U形形管压差差计 55.喷管管 6.支架77.测压压探压针针 8.可移动动真空表表9.手轮螺螺杆机构构 100.背压压真空表表 111.背压压用调节节阀122.真空空罐133.软管管接头渐缩喷管三、实验原原理1、喷管中中气流的的基本规规律 , 来来流速度度 ,喷喷管为渐渐缩喷管管.2、气流动动的临界界概念当某一截面面的流速速达到当当地音速速(亦称称临界速速度)时时,该截截面上的的压力称称为临界界压力()。临界压力与喷管初压()之比称为临界压力比,有:当渐缩喷管管出口处处气流速速度达到到音速,通通过喷管管的气体体流量便便达到了了最大值值(),或或称为临临界流量量。可由由下式确确定:
3、式中:最最小截面面积(本本实验台台的最小小截面积积为:119.6625 mm22)。3、气体在在喷管中中的流动动渐缩喷管因因受几何何条件的的限制,气气体流速速只能等等于或低低于音速速();出口截截面的压压力只能能高于或或等于临临界压力力();通过喷喷管的流流量只能能等于或或小于最最大流量量()。根根据不同同的背压压(), 渐缩喷喷管可分分为三种种工况:A亚临界界工况(),此时m, B临界工工况(),此此时 mm=, C超临界界工况(),此时 m, 四、操作步步骤1、用“坐坐标校准准器”调好“位移坐坐标板”的基准准位置;2、打开罐罐前的调调节阀,将将真空泵泵的飞轮轮盘车一一至二圈圈。一切切正常后
4、后,全开开罐后调调节阀,打打开冷却却水阀门门。而后后启动真真空泵;3、测量轴轴向压力力分布:用罐前前调节阀阀调节背背压至一一定值(见见真空表表读数),并并记录;然后转转动手轮轮,使测测压探针针向出口口方向移移动。每每移动55mm便便停顿下下来,记记录该点点的位置置及相应应的压力力值,一一直测至至喷管出出口之外外;4、流量的的测量:把测压压探针的的引压孔孔移至出出口截面面之外,打打开罐后后调节阀阀,关闭闭罐前调调节阀,启启动真空空泵,然然后用罐罐前调节节阀调节节背压,每每次改变变50mmmHgg柱,稳稳定后记记录背压压值和UU形管差压压计的读读数。当当背压升升高到某某一值时时,U形形管差压压计的
5、液液柱便不不再变化化(即流流量达到到了最大大值),此此后尽管管不断提提高背压压,但UU形管差压压计的液液柱仍保保持不变变;5、打开罐罐前调节节阀,关关闭罐后后调节阀阀,让真真空罐充充气;33分钟后后停真空空泵并立立即打开开罐后调调节阀,让让真空泵泵充气(目目的是防防止回油油),最最后关闭闭冷却水水阀门。工况背压真空表表读数背压值测点序号测点位置(mmm)移动真空表表读数测点压力值值临界状态123456789亚临界状态123456789超临界状态123456789 序序号项目12345678910背压真空表表读数背压值U型管差压压计的读读数实际流量五、数据处处理1、压力值值的确定定(1)真空空度
6、换算算成绝对对压力值值(p): 式中: 大气压压力(mmmbaar) ; 用真空空度表示示的压力力。(2)由于于喷管前前装有UU形管压压力计,气气流有压压力损失失。本实实验装置置的压力力损失为为U形管管差压计计读数()的97% 。因此,喷管入口压力为: (3)临界界压力,真真空度为为: 计算时,式式中各项项必须用用相同的的压力单单位。(大大致判断断,约为为3800mmHHg柱)。2、喷管实实际流量量测定由于管内气气流的摩摩擦而形形成边界界层,从从而减少少了流通通面积。因因此,实实际流量量必然小小于理论论值。其其实际流流量为:(kgg/s)式中:流流速膨胀胀系数,气态修正正系数,几何修正正系数(
7、约约等于11);pU型型管差压压计的读读数(mmmHgg) ;室温();大气压力力(mmmbarr) 。六、实验报报告要求求1、以测点点位置(xx) 为为横坐标标,以为为纵坐标标,绘制制不同工工况下的的压力分分布曲线线。2、以压力力比为横横坐标,流流量为纵纵坐标,绘绘制流量量曲线。实验三 空气在在喷管中中流动性性能测定定实验一、实验目目的:1、验证和和加深理理解喷管管中气体体流动的的基本理理论。2、观察气气流在喷喷管中各各截面的的流速,流流量,压压力变化化规律及及掌握有有关测试试方法。3、熟悉不不同形式式喷管的的机理,加加深对流流动的临临界状态态基本概概念的理理解。二、实验原原理:1、喷管中中
8、气体流流动的基基本规律律气体在喷管管中作一一元稳定定等熵流流动中,压压力降低低,流速速增加。气气流速度度C,密密度及压力力P的变变化与截截面A的的变化及及马赫数数Ma(速速度与音音速之比比)的大大小有关关。它们们的变化化规律如如下表:Ma渐缩管 Ma渐扩管 001010100(1)在亚亚音速(MMa11)等熵熵流动中中,气体体在渐缩缩管中,速速度C减减小,而而压力PP,密度度增大,在在渐扩管管中,速速度C增增加,压压力P,密密度降低。(3)在MMa=11,即达达到临界界流动状状态,此此时,压压力为临临界压力力,气流流速度为为音速。2、喷管中中流量的的计算(1)理论论流量:根据气体一一元稳定定等
9、熵流流动中,任任何截面面上质量量流量都都相等,且且不随时时间变化化。流量量大小由由连续方方程、动动量方程程、能量量方程及及绝热气气体方程程,等熵熵过程方方程,得得到气体体在喷管管中流量量的计算算式: (kkg/ss)式中:绝绝热指数数C2出口口速度mm/s A2出口截截面积mm2V2出口口比体积积(m33/kgg) P2出口压压力(MMPa)P1进口口压力(MMPa) V1进口比体积(m3/kg)若:P1=P2时 P22=0时时 ,即在在0PP2Pc渐缩喷喷管的出出口压力力P2或缩放放喷管的的喉部压压力Ptth降至至临界压压力时,喷喷管中的的流量达达最大值值,计算算式如下下:临界压力PPc为:
10、将=1.4代入入Pc=0.5288P1(2)、实实测流量量由于气流与与管内壁壁间的摩摩擦产生生的边界界层,减减少了流流动截面面,因为为实际流流量是小小于理论论流量,本本实验台台采用孔孔板流量量计来测测量喷管管的流量量。孔板板流量计计上所示示的压差差P(UU型管上上读出)。质质量流量量qm与压差差P的关关系式为为: (kg/s)式中:流量膨膨账系数数,气态修修正系数数,几何修修正系数数,(标标定值)PUU型管压压差计读读数(mmm.HH2O)Pa大大气压 ta室室温为了消除进进口压力力P1改变的的影响,在在绘制各各种曲线线时采用用压力比比做座标标,绘制制出压力力曲线PPx /PP1X和和流量曲曲
11、线Pb/P1由于实验台台采用的的是真空空表测压压、因此此临界压压力Pcc在真空空表上的的读数Pc为由于孔板流流量计的的压降和和空气在在喷管进进口的气气流滞止止现象,喷喷管进口口压力为为:以汞柱为单单位时的的孔板流流量计压压差三、实验装装置实验装置总总图如图图1所示示。主要要由真空空泵和喷喷管实验验台主体体组成。各各部件作作用及测测量过程程如下:图1 实实验台总总图 图2 渐缩缩喷管 图图3 缩放喷喷管 由于真空泵泵的抽吸吸,空气气由进气气2口进进入吸气气管1(573.5的无缝钢管)中,经过孔板流量计3(7)进入喷管。流量的大小可由U形管压差计4上读出。喷管5用有机玻璃制成。备有渐缩喷管与缩放喷
12、管两种型式,如图2、图3所示。可根据实验要求,松开夹持法兰上的螺丝向左推开三轮支架6,更换所需要的喷管。喷管各截面上的压力,可从可移动的真空表8上读出,真空表8与内径为0.8的测压探针7相连。探针的顶端封死,在其中段开有径向测压小孔通过摇动手轮螺杆机构9,可使探针7沿喷管轴线左右移动,从而改变测压孔的位置,进行喷管中不同截面上压力的测量。测压孔的位位置,可可以由位位于可移移动真空空表8下下方的指指针,在在座标板板上所指指出的xx值来确确定。喷喷管的排排气管上上还装有有背压PPb真空表表10。背背压由调调节阀111调节节。真空空罐122前的调调节阀111用于于急速调调节。直径为4400的的真空罐
13、罐12是是用于稳稳定背压压Pb的作用用。为了了减少振振动,泵泵与罐之之间用软软管133连接。实验中需测测量4个个变量:(1)测测压探针针7上测测压孔的的水平位位置x。(22)气流流沿喷管管轴线xx截面上上的压力力Px;(33)背压压Pb;(44)流量量。这44个变量量可分别别用位移移指针的的位置xx,真空空表8上上的读数数P5。背压压真空表表10上上的读数数Pb,及UU形管压压差计44上的读读数P测得得。特别别需要注注意的是是P5和P6是真空空度,计计算和绘绘制曲线线时要换换算成绝绝对压力力。四、实验步步骤1、用座标标校准器器调准“位移座座标”的基准准位置。然然后小心心地装上上要求实实验的喷喷
14、管。(注注意:不不要碰坏坏测压探探针)打打开调压压阀111。2、检查真真空泵的的油位,打打开冷却却水阀门门,用手手轮转动动飞轮11-2圈圈,检查查一切正正常后,启启动真空空泵。3、全开罐罐后调节节阀111,用罐罐前调节节阀111调节背背压Pbb至一定定值。摇摇动手轮轮9使测测压孔位位置x自喷管管进口缓缓慢向出出移动。每每隔5mm停,记记下真空空表8上上的读数数(真空空度)。这这样将测测得对应应于某一一背压下下的一条条Px/P1X曲线线。4、再用罐罐前调节节阀111逐次调调节背压压Pb,为设设定的背背压值。在在各个背背压值下下,重复复上述摇摇动手轮轮9的操操作过程程,而得得到一组组在不同同背压下
15、下的压力力曲线PPx/P1X,(如如图4,图图6所示示)。qm1003xgg/s 图4 渐渐缩喷管管压力曲曲线5、摇动手手轮9,使使测压孔孔的位置置x位于喷喷管出口口外300-400mm处。此此时 真真空表88上的读读数为背背压Pbb。6、全开罐罐后调节节阀111,用罐罐前调节节阀111调节背背压Pbb,使它它由全关关状态逐逐渐慢开开启。随随背压PPb降低(真真空度升升高),流流量qmm逐渐增增大,当当背压降降至某一一定值(渐渐缩喷管管为Pcc,缩放放喷管为为Pf)时,流流量达到到最大值值qm,maxx,以后后将不随随Pb的降低低而改变变。7、用罐前前调节阀阀11重复上上述过程程,调节节背压P
16、Pb,每变变化500mmHg一停,记记下真空空表100上的背背压读数数和U形形管压力力计4上上的压差差P(mmmH2O)读数数(低真真空时,流流量变化化大,可可取200mmHg;高真真空时,流流量变化化小,可可取100mmHg间隔)将将读数换换算成压压力比PPb/P1和流量量在座标标纸上绘绘出流量量曲线(如如图5、图图7所示示)。图6 缩缩放喷管管压力曲曲线图5 渐渐缩喷管管流量曲曲线(当当)图7 孔孔板流量量计曲线线8、在实验验结束阶阶段真空空泵停机机前,打打开罐调调节阀111,关闭闭罐后调调节阀111,使使罐内充充报导。当当关闭真真空泵后后,立即即打开罐罐后调节节阀111,使真真空泵充充气
17、。以以防止真真空泵回回油。最最后关闭闭冷却水水阀门。五、数据记记录与整整理实验中应认认真做好好原始数数据记录录(包括括:室温温ts,大气气压Paa及实验验日期)如如发现实实验结果果出现较较大误差差,应仔仔细分析析查找原原因。在整理时,由由于各种种实验曲曲线都是是以压力力比(PPaP1,Pb0.5288时,流流经渐缩缩喷管的的气体流流量随背背压降低低而( )流经缩放喷喷管的气气体流速速随背压压降低而而( ) 当PPb/P10.5528时时,流经经渐缩喷喷管的气气体流量量随背压压降低而而( )流经渐缩喷喷管的气气体流速速随背压压降低而而( )6、当Pbb/P1等于多多少时,流流经渐缩缩喷管的的流量
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