喷管特性实验
喷管特性实验
一、实验目的
1、验证喷管中气流的基本规律,加深对临界压力、临界流速与最大流量等喷管临界参数的理解。
2、比较熟练地掌握压力、压差及流量的测量方法。
3、重要概念1的理解:应明确在渐缩喷管中,其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。
4、重要概念2的理解:应明确在缩放喷管中,其出口处的压力可以低于临界压力,流速可高于音速,而流量不可能大于最大流量。 二、实验装置
整个实验装置包括实验台、真空泵(规格为1401型,排气量3200L/min)。实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针、真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成,如图6-4所示。
图6-4 喷管实验台
1-进气管;2-空气吸气口;3-孔板流量计;4-U形管压差计;5-喷管; 6-三轮支架;7- 测压探针; 8-可移动真空表; 9-位移螺杆机构及位移传感器; 10-背压真空表;11-背压用调节阀;12-真空罐;13-软管接头;14-仪表箱;15-差压传感器;16-被压传感器;17-移动压力传感器
进气管为φ57×3、5无缝钢管,内径φ50。空气从吸气口入进气管,流过孔板流量计。孔板孔径φ7,采用角接环室取压。流量的大小可从U形管压差计或微压
喷管特性实验
传感器读出。喷管用有机玻璃制成,配有渐缩喷管与缩放喷管各一只。根据实验的要求,可松开夹持法兰上的固紧螺丝,向左推开进气管的三轮支架,更换所需的喷管。喷管各截面上的压力就是由插入喷管内的测压探针(外径φ1、2)连至“可移动真空表”测得,由于喷管就是透明的,测压探针上的测压孔(φ0、5)在喷管内的位置可从喷管外部瞧出,它们的移动通过螺杆机构移动,标尺或位移传感器实现测量读数。喷管的排气管上还装有“背压真空表”,其压力大小用背压调节阀进行调节。真空罐直径φ400,起稳定压力的作用。罐的底部有排污口,供必要时排除积水与污物之用。为减小震动,真空罐与真空泵之间用软管连接。 在实验中必须测量四个变量,即测压孔在喷管内的不同截面位置X、气流在该截面上的压力P、背压Pb、流量m,这些量可分别用位移指针的位置、可移动真空表、背压真空表以及U形管压差计的读数来显示。 实验装置特点:
1、可方便地装上渐缩喷管或缩放喷管,观察气流沿喷管各截面的压力变化。 2、可在各种不同工况下(初压不变,改变背压),观察压力曲线的变化与流量的变化,从中着重观察临界压力与最大流量现象。
3、除供定性观察外,还可作初步的定量实验。压力测量采用精密真空表,精度0、4级。流量测量采用低雷诺数锥形孔板流量计,适用的流量范围宽,可从流量接近为零到喷管的最大流量,精度优于2级。
4、采用真空泵为动力,大气为气源。具有初压初温稳定,操作安全,功耗与噪声较小,试验气流不受压缩机械的污染等优点。喷管用有机玻璃制作,形象直观。 5、采用一台真空泵,可同时带两台实验台对配给的渐缩、缩放喷管做全工况观测。因装卸喷管方便,本实验台还可用作其她各种流道喷管与扩压管的实验。 三、实验原理
1、喷管中气流的基本规律 (1)由能量方程:
dq?dh?12dc2
及 dq?dh??dp
可得 ??dp?cdc 可见,当气体流经喷管速度增加时,压力必然下降。 (2)由连续性方程: 有 及过程方程
A1?c1?A2?c2????????A?c?常数?1?2?dAd?dc??A?cp?k?常数
喷管特性实验
kd?有 根据 ??dp?cdc
cM? 马赫数 ,而 a?kp?a得:
???dpp
dAdc?(M2?1)Ac显然,当来流速度 M?1 时,喷管应为渐缩型(dA?0);当来流速度 M?1 时,
喷管应为渐扩型(dA?0)。
2、气体流动的临界概念
喷管气流的特征就是dp?0,dc?0,d??0,三者之间互相制约。当某一截面
p的流速达到当地音速(亦称临界速度)时,该截面上的压力称为临界压力(c)。临界压力与喷管初压(p1)之比称为临界压力比,有:
pc??p1
???经推导可得: 对于空气,??0.528
当渐缩喷管出口处气流速度达到音速,或缩放喷管喉部气流速度达到音速时,通过喷管的气体流量便达到了最大值(mmax),或称为临界流量。可由下式确定:
??2???k?1?kk?1
?mmax?Amin2k?2???k?1?k?1?2k?1?p1?1
式中:Amin—最小截面积(对于渐缩喷管即为出口处的流道截面积,对于缩放喷管即为喉部处的流道截面积。本实验台二种喷管的最小截面积为:12、56 mm2)。 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(dA?0)的限制,由上述公式可知:气体流速只能等于或低于音速(C?a);出口截面的压力只能高于或等于临界压力(
p2?pc);通过渐缩喷管的
喷管特性实验 (2)
