試驗(yàn)二 噴管特性試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康募耙?、驗(yàn)證并進(jìn)一步加深對噴管中氣流根本規(guī)律的理解，結(jié)實(shí)樹立臨界壓力、臨界流速和最大流量等噴管臨界參數(shù)的概念。2、比較嫻熟地把握用熱工儀表測量壓力〔負(fù)壓〕、壓差及流量的方法。31的理解：應(yīng)明確在漸縮噴管中，其出口處的壓力不行能低于臨界壓力，流速不行能高于音速，流量不行能大于最大流量。42的理解：應(yīng)明確在縮放噴管中，其出口處的壓力可以低于臨界壓力，流速可高于音速，而流量不行能大于最大流量。5、應(yīng)對噴管中氣流的實(shí)際簡潔過程有所了解，能定性解釋激波產(chǎn)生的緣由。二、試驗(yàn)裝置整個(gè)試驗(yàn)裝置包括試驗(yàn)臺(tái)、真空泵。試驗(yàn)臺(tái)由進(jìn)氣管、孔板流量計(jì)、噴管、測壓探針真空表及其移動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整1。1噴管試驗(yàn)臺(tái)1.進(jìn)氣管2. 空氣吸氣口 3. 孔板流量計(jì) 4.U 形管壓差計(jì) 5. 噴管6.三輪支架7. 8.9.10.11.12.真13.軟管接頭1ф57×3.5ф50。.2〕進(jìn)入進(jìn)3ф7，承受角接環(huán)室取壓。流量的大小可U45〕用有機(jī)玻璃制成。配給漸縮噴管和縮放噴管2、3。依據(jù)試驗(yàn)的要求，可松開夾持法蘭上的固緊螺絲，向左推開進(jìn)氣管的三輪支架〔6〕，更換所需的噴管。噴管各截面上的壓力是由插入噴管內(nèi)的7ф1.2〕連至“可移動(dòng)真空表〞〔8〕測得，它們的移動(dòng)通過手輪～螺桿機(jī)構(gòu)〔9〕實(shí)現(xiàn)。由于噴管是透亮的，測壓探針上的測壓孔〔ф0.5〕在噴管內(nèi)的位置可從噴管外部看出，也可從裝在“可移動(dòng)真空表〞下方的針在“噴管軸向坐標(biāo)板〞〔在圖中未畫出〕上所指的位置來確定。噴管的排氣管1112ф400，體3。起穩(wěn)定壓的作用。罐的底部有排污口，供必要時(shí)排解積水和污物之用。為減小震驚，真空罐與真空泵之間用軟管〔 13〕連接。x、氣流在該ppb

m，這些量可分別用位移指針的位置、可移動(dòng)真空U形管壓差計(jì)的讀數(shù)來顯示。本試驗(yàn)臺(tái)配套的儀器設(shè)備選型如下：14013200升/分三、試驗(yàn)原理1、噴管中氣流的根本規(guī)律〔1〕、由能量方程：2dq dh 1dc2dq可得

2dh dpdp cdc(1)可見，當(dāng)氣體流經(jīng)噴管速度增加時(shí)，壓力必定下降。〔2〕、由連續(xù)性方程：A1?c1 A2 ?c21有1有dAAddccp

A?c常數(shù)k及過程方程 常數(shù)kd dp有 p依據(jù) dp cdccM akp馬赫數(shù)

a，而dcdA得：A

(M2

1)c(2)明顯，當(dāng)來流速度M

(dA0)1時(shí)，噴管應(yīng)為漸縮型 ；當(dāng)來流速度M 1時(shí)，噴管應(yīng)為漸縮型

(dA0)。2、氣流流淌的臨界概念dp 0噴管氣流的特征是 ，dc 0，d 0，三者之間相互制約。當(dāng)某一截c面的流速到達(dá)當(dāng)?shù)匾羲佟惨喾Q臨界速度〕時(shí)，該截面上的壓力稱為臨界壓力〔p 〕。cp臨界壓力與噴管初壓〔2

〕之比稱為臨界壓力比，有：1pcp1kk1經(jīng)推導(dǎo)可得：對于空氣，

k 1 (3)當(dāng)漸縮噴管出口處氣流速度到達(dá)音速，或縮放噴管喉部氣流速度到達(dá)音速?m時(shí)，通過噴管的氣體流量便到達(dá)了最大值〔 〕，或稱為臨界流量?？捎上率絤max確定：式中：A

? 2kmmax Amink1

2?2k1 p?21k1 1 (4)—最小截面積〔對于漸縮噴管即為出口處的流道截面積；min即為喉部處的流道截面積。本試驗(yàn)臺(tái)的二種最小管道截面積為：3、氣體在噴管中的流淌〔1〕漸縮噴管

對于縮放噴管19.625mm2〕。

(dA 0)2〕可知：氣體流速只能等于pp或低于音速〔C a〕；出口截面的壓力只能高于或等于臨界壓力〔? p

2c〕；通m噴管可分為三種工況，如圖所示：

max

〕。依據(jù)不同的背壓〔

〕，漸縮bA—亞臨界工況〔p2 pb pc

p p ?b c〕，此時(shí)m<mmaxppB—臨界工況b

〕，此時(shí)m=m

?maxp2 pb pccp p ?cC—超臨界工況〔bp2 pc pb〔2〕縮放噴管

max縮放管的喉部dA 0，因此氣流可以到達(dá)音速〔C a〕；擴(kuò)大段〔dA 0〕，出口截面的流速可超音速(C a),其壓力可大于臨界壓力〔?

pp2 c〕，但因喉部幾何尺寸的限制，其流量的最大值仍為最大流量〔

〕。maxp氣流在擴(kuò)大段能做完全膨脹，這時(shí)出口截面出的壓力成為設(shè)計(jì)壓力〔縮放噴管隨工作背壓不同，亦可分為三種狀況：

d〕。A—被壓等于設(shè)計(jì)被壓〔pb

p〕時(shí)，稱為設(shè)計(jì)工況。此時(shí)氣流在噴管中dp p p能完全膨脹，出口截面的壓力與被壓相等〔

2 b

〕，在噴管喉部，壓力到達(dá)臨界壓力，速度到達(dá)音速。在擴(kuò)大段轉(zhuǎn)入超音速流淌，流量到達(dá)最大流量。B—被壓低于設(shè)計(jì)被壓〔 pb

p〕時(shí)，氣流在噴管內(nèi)仍按曲線①那樣膨脹d到設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)氣流一離開出口截面便與四周介質(zhì)集合，其壓力馬上降至實(shí)際被壓值，如圖曲線②所示，流量仍為最大流量。C—被壓高于設(shè)計(jì)被壓〔 pb

p〕時(shí)，氣流在噴管內(nèi)膨脹過渡，其壓力低d于被壓，以至于氣流在未到達(dá)出口截面處便被壓縮，導(dǎo)致壓力突然升躍〔即產(chǎn)生激波〕，在出口截面處，其壓力到達(dá)被壓。如圖中的曲線③所示。激波產(chǎn)生的位置隨著背壓的上升而向噴管入口方向移動(dòng)，激波在未到達(dá)喉部之前，其喉部的壓力仍保持臨界壓力，流量仍為最大流量。當(dāng)背壓上升到某一值時(shí)，將脫離臨界狀態(tài)，縮放管便與文丘里管的特性一樣了，其流量低于最大流量。四、操作步驟1、裝上所需的噴管，用“坐標(biāo)校準(zhǔn)器〞調(diào)好“位移坐標(biāo)板〞的基準(zhǔn)位置。2、翻開罐前的調(diào)整閥，將真空泵的飛輪盤車一至二圈。一切正常后，全開罐后調(diào)整閥，翻開冷卻水閥門。而后啟動(dòng)真空泵。3、測量軸向壓力分布：〔1〕、用罐前調(diào)整閥調(diào)整背壓至確定值〔見真空表讀數(shù)〕，并記錄下該值?！?2-之外。把各個(gè)點(diǎn)描繪到坐標(biāo)紙上，便得到一條在這一背壓下噴管的壓力分布曲線?！?1〕〔2〕步驟即可。4、流量曲線的測繪〔1〕、把測壓探針的引壓孔移至出口截面之外，翻開罐后調(diào)整閥，關(guān)閉罐前調(diào)整閥，啟動(dòng)真空泵?！?2030mmHg柱，穩(wěn)定后記錄背壓UU型管差壓計(jì)的液柱便不再變U型管差壓計(jì)的液柱23點(diǎn)。至此，流量測量即可完成。漸縮噴管和縮放噴管的23。5、試驗(yàn)完畢后的設(shè)備操作3分鐘后停真空泵并馬上翻開罐后調(diào)整閥，讓真空泵充氣〔目的是防止回油〕。最終關(guān)閉冷卻水閥門。五、數(shù)據(jù)處理1、壓力值確實(shí)定〔1〕、本試驗(yàn)裝置承受的是負(fù)壓系統(tǒng)，表上讀數(shù)均為真空度，為此須換算成p〕：p pa p(v)5〕式中：

pa—大氣壓力〔mmHg〕；ap(v)—用真空度表示的壓力?！?〕、由于噴管前裝有孔板流量計(jì)，

p為U型管差壓計(jì)讀數(shù)〔 〕的97%。因此，噴管入口壓力為：6pp 0.97p61a

p0.58pc〔35〕、〔6〕可得到臨界壓力c〔即用真空度表示〕為：p 0.0472p 0.51pc(v) a 〔7〕

，在真空表上的讀數(shù)12、噴管實(shí)際流量測定

pc(v)約為380mmHg 柱〕。由于管內(nèi)氣流的摩擦而形成邊界層，從而削減了流通面積。因此，實(shí)際流量必定小于理論值。其實(shí)際流量為：式中：

m1.7310 4 p

—流速膨脹系數(shù)；1 2.87310 2 ppa—?dú)鈶B(tài)修正系數(shù)；pata 273—幾何修正系數(shù)〔約等于〕；p—U型管差壓計(jì)的讀數(shù)〔mmHg〕；t—室溫〔℃〕；apa—大氣壓力〔mbar〕。a六、試驗(yàn)報(bào)告要求p11x〕為橫坐標(biāo)，以1況下的壓力分布曲線。pb

p為縱坐標(biāo)，繪制不同工2p2、以壓力比1

?為橫坐標(biāo)，流量m 為縱坐標(biāo)，繪制流量曲線。3、依據(jù)條件，計(jì)算噴管最大流量的理論值，且與試驗(yàn)值比較。漸縮噴管的測定截面壓力PPb