試驗三噴管流動特性的測定

一、實驗目的和任務

1.目的：鞏固和驗證有關噴管基本理論，熟悉噴管的機理，掌握氣流在噴管中流速、流量、壓力變化

的規(guī)律及有關測試方法。

2.任務：對縮放噴管進行下列測定：

（1）測定不同工況（初壓pl不變，改變背壓pb）時期流在噴管中的流量qm；繪制qm-pb曲線；比較最

大流量qm,max的計算值和實驗值；確定臨界壓力per。

（2）測定不同工況時氣流沿噴管各截面（軸線位置X）的壓力〃的變化；繪制出一組p-X曲線；分別比

較臨界壓力Per的計算值與實驗值；觀察和記錄P”出現(xiàn)在噴管中的位置。

（3）通過電測裝置.在X-Y記錄儀上繪制出qm?pb曲線和p-X曲線。

二、實驗原理

1.在穩(wěn)定流動中，任何界面上質量流量都相等，且不隨時間變化，流量大小可由下式確定:

(1)

式中：k一比熱比（絕熱指數(shù),k=cp/cv）

占一出口截面積（m2）

V—氣體比容（m3/kg）

p—壓力（Pa）

角注號：1指噴管入口,2指噴管出U。

若降低背壓，使縮放噴管的喉部壓力p降至臨界壓力時，噴管中的流量達最大值:

(2)

臨界壓力per的大小為:

2—

p”=（「尸8=0.528Pl（3）

k+1

噴管中的流景qm一旦到達最大值，再降低背壓pb,流最qm保持不變，流最qm隨背壓pb的變化關系如

圖I所示，縮放噴管與漸縮噴管的不同點是，流量達到最大值時的最高背壓pb不再是per,而應是某?壓力

pfe

2.沿噴管軸線X各截面的壓力p,在噴管形狀和工質的初態(tài)及背壓一定時，可根據(jù)連續(xù)性方程和狀態(tài)

方程計算而得，也可用實驗方法測得如圖2所示的圖形.

圖2所示的一組曲線表示在不同的背壓pb下，縮放噴管內各截面上壓力p的變化情況。當pbVpd,氣流

在管內膨脹不足，只能在管外繼續(xù)膨脹。當pb=pd,氣流在管內得到完全膨脹，出口壓力與背壓pb一致，稱

為設計工況。相應地，稱pbVpd為超設計工況,pb>pd為亞設計工況，亞設計工況又可分為幾種工況，當pd

VpbWpe,氣流在管內膨脹過度，出口壓力仍為pd,但隨即在出口產(chǎn)牛.斜激波(干1)<四=或正激波(pb=

pe),使壓力由pd升高至pb,當peVpbWpf,正激波由管口移到了管內，pb越高，越往前移。通過正激波壓力

躍升,氣流由超音速變?yōu)閬喴羲伲缓笱財U大段擴壓減速流至出口，壓力等于背壓pb,對于一上達pbWpf諸工

況，喉部始終保持臨界狀態(tài)。當pb>pf,整個噴管內都是亞音速氣流。喉部不再是臨界狀態(tài)，縮放噴管成為

文丘利管(漸縮管)。

注:pf>pd、pe請看圖2。

圖1縮放噴管流量曲線(pl=0.1MPa,tl=20℃)

圖2縮放噴管壓力曲線

三、實驗裝置

圖3實驗裝置圖

實驗裝置由實驗臺本體、真空泵、電測儀器三大部分組成。

實驗臺本體結構如圖3所示，空氣自吸氣口2進入氣管1,流過孔扳流量計3,流量的大小可以從U型管

壓差計4讀出，該管5用有機玻璃制成.縮放形式如圖4所示，根據(jù)實驗要求，可松開夾持法蘭上的螺栓，向

左推開進氣管的三輪支架6,變換所需的噴管。噴管各截面上的玉力是由插入噴管內的測壓探針7連至可移

動標準真空表8測得，它們的移動通過手輪螺桿機構9實現(xiàn)。在噴管后的排氣管上還裝有背壓真空表10、真

空罐12,起穩(wěn)定背壓的作用，罐內的真空度通過背壓調節(jié)閥11米調節(jié)，為減少振動，真空罐與真空泵之間

用軟管連接。

真空泵是1401型，排氣量為3200升/分。

電測儀器包括：負壓傳感器，壓差傳感器，位移電位器，直流穩(wěn)壓電源，函數(shù)記錄儀等。

負壓傳感器、壓差傳感器,位移電位器分別將可移真空表、U型管壓差計、測壓探針在該管內不同截面上

的壓力轉換為電訊號輸入記錄儀，真接繪出實驗曲線，以上電測儀器均由直流穩(wěn)壓電源供電。

四、實驗步驟

1.裝好噴管。

2.對真空泵作開車前檢查（檢查傳動系統(tǒng)、油路、水路）。檢查無問題后打開背壓調節(jié)胸，用手轉動

真空泵飛輪一周，去掉氣缸中過量的油，開啟電動機，當達到正常轉速后可開始實驗。

3.將測壓探針上的測壓孔移至噴管出口之外一段距離之后保持不動，此時p2=pb,改變調節(jié)閥開度，

調節(jié)背壓pb自pl開始逐漸降低，記錄在不同pb下的孔板壓差值，以備計算流量及繪制qm-pb曲線，實驗

時注意記下開始達到最大值的pb,以求得per及pf值。

4.調節(jié)不同的pb,搖動手輪，使X自噴管進口逐步移至出口外一段距離，記錄不同X值下的p值，以測

定不同工況下的p-X曲線。

5.接通電測儀器，分別記錄qm-pb曲線和p-X曲線。

6.停車。

7.認真做好原始記錄。

（1）設備數(shù)據(jù)記錄：設備名稱、型號、規(guī)格等。

（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：當?shù)卮髿鈮毫Α⑹覝?、實驗環(huán)境狀況，

（3）技術數(shù)據(jù)及繪制的圖形等記入附表內。

五、實驗數(shù)據(jù)整理

1.因進氣管中氣流速度很低，在最人流量時，其數(shù)量級是lm/s所以可以近似認為初壓pl和初溫tl即是氣流

的總壓和總溫。初溫等于大氣溫度a初壓pl略低于大氣壓pa,可按下式計算

P1=0.97他

2.孔板流量計流量的計算公式為：

qtn=1.373x10^（kg/s）

式t*△〃---U型壓差計讀數(shù)（mmH2O）

c——流速膨脹系數(shù)c=1—2.873xKT?V

Pa

P一一氣態(tài)修正系數(shù)￡=0.538

Y--幾何修正系數(shù)（需標定,本試驗條件下y=1）

Pa—大氣壓力（Pa）

/a—大氣溫度（℃）

圖5為孔板流量計的以XIO?關系曲線。

滋

六、實驗報告

I.簡述實驗原理與過程。

2.各種數(shù)據(jù)的原理記錄。

3.實驗結果整理后的數(shù)據(jù)，包括最大流量qm,max、臨界壓力pc「以及qm-pb曲線、p-X曲線，分析實驗值

與計算值，分析測定曲線與函數(shù)記錄儀繪制曲線異同點及其產(chǎn)生原因。

注：表1、2中的曲線用方格紙繪制，記錄儀繪制曲線另附頁。

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圖5孔板流量計色xl()3一△〃關系曲線

噴管實驗記錄(一)

室溫片當時當?shù)貧鈮簆=表1

噴管型式主要參數(shù)

噴管入口壓力pi噴管背壓〃b噴管流量

真空度絕對壓力真空度絕對壓力噴管壓差m

(Pa)(Pa)(Pa)(Pa)△p(mmH2O)(kg/s)

測

kg/s

定

的

流

量