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时间:2019-03-31
《热力学喷管实验指导书--空气在喷管中流动性能测定实验》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、电话:0451-55100010013603653910空气在喷管中流动性能测定实验一、实验目的:1、验证和加深理解喷管中气体流动的基本理论。2、观察气流在喷管中各截面的流速,流量,压力变化规律及掌握有关测试方法。3、熟悉不同形式喷管的机理,加深对流动的临界状态基本概念的理解。二、实验原理:1、喷管中气体流动的基本规律气体在喷管中作一元稳定等熵流动中,压力降低,流速增加。气流速度C,密度ρ及压力P的变化与截面A的变化及马赫数Ma(速度与音速之比)的大小有关。它们的变化规律如下表:Ma渐缩管Ma渐扩管<1>0<0<1<0>0>1<0>0>1
2、>0<0(1)在亚音速(Ma<1)等熵流动中,气体在的管道(渐缩管)里,速度C增加,而密度,压力P降低,在的管道(渐扩管)里,速度C减小,而密度ρ,压力P增大。(2)在超音速(Ma>1)等熵流动中,气体在渐缩管中,速度C减小,而压力P,密度ρ增大,在渐扩管中,速度C增加,压力P,密度ρ降低。(3)在Ma=1,即达到临界流动状态,此时,压力为临界压力,气流速度为音速。2、喷管中流量的计算(1)理论流量:根据气体一元稳定等熵流动中,任何截面上质量流量都相等,且不随时间变化。流量大小由连续方程、动量方程、能量方程及绝热气体方程,等熵过程方程,得
3、到气体在喷管中流量的计算式:(kg/s)6式中:—绝热指数C2—出口速度m/sA2—出口截面积m2V2—出口比体积(m3/kg)P2—出口压力(MPa)P1—进口压力(MPa)V1—进口比体积(m3/kg)若:P1=P2时P2=0时,即在0<P2≤Pc渐缩喷管的出口压力P2或缩放喷管的喉部压力Pth降至临界压力时,喷管中的流量达最大值,计算式如下:临界压力Pc为:将=1.4代入Pc=0.528P1(2)、实测流量由于气流与管内壁间的摩擦产生的边界层,减少了流动截面,因为实际流量是小于理论流量,本实验台采用孔板流量计来测量喷管的流量。孔板
4、流量计上所示的压差△P(U型管上读出或传感器测试)。质量流量qm与压差△P的关系式为:(kg/s)式中:——流量膨账系数,——气态修正系数,——几何修正系数,(标定值)按1.0计算。△P——U型管压差计读数(mm.H2O)Pa——大气压ta——室温℃为了消除进口压力P1改变的影响,在绘制各种曲线时采用压力比做座标,绘制出压力曲线Px/P1——X和流量曲线——Pb/P1由于实验台采用的是真空表测压、因此临界压力Pc在真空表上的读数P′c为由于孔板流量计的压降和空气在喷管进口的气流滞止现象,喷管进口压力为:6以汞柱为单位时的孔板流量计压差三、
5、实验装置实验装置总图如图1所示。主要由真空泵和喷管实验台主体组成。各部件作用及测量过程如下:图1实验台总图由于真空泵的抽吸,空气由进气2口进入吸气管1(φ57×3.5的无缝钢管)中,经过孔板流量计3(φ7)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φ1.2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
6、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。6测压孔的位置,可以由位于可移动真空表8下方的指针,在座标板上所指出的x值来确定。喷管的排气管上还装有背压Pb真空表10。背压由调节阀11调节。真空罐12前的调节阀11用于急速调节。图2渐缩喷管图3缩放喷管直径为φ400的真空罐12是用于稳定背压Pb的作用。为了减少振动,泵与罐之间用软管13连接。实验中需测量4个变量:(1)测压探针7上测压孔的水平位置x。(2)气流沿喷管轴线x截面上的压力Px;(3)背压Pb;(4)流量。这4个变量可分别用位移指针
7、的位置x,真空表8上的读数P5。背压真空表10上的读数Pb,及U形管压差计4上的读数△P测得。特别需要注意的是P5和Pb是真空度,计算和绘制曲线时要换算成绝对压力。四、实验步骤1、用座标校准器调准“位移座标”的基准位置。然后小心地装上要求实验的喷管。(注意:不要碰坏测压探针)打开调压阀11。2、检查真空泵的油位,打开冷却水阀门,用手轮转动飞轮1-2圈,检查一切正常后,启动真空泵。3、全开罐后调节阀11,用罐前调节阀11′调节背压Pb至一定值。摇动手轮9使测压孔位置x自喷管进口缓慢向出移动。每隔5mm—停,记下真空表8上的读数(真空度)。这
8、样将测得对应于某一背压下的一条Px/P1—X曲线。4、再用罐前调节阀11′6逐次调节背压Pb,为设定的背压值。得到一条在不同背压下的压力曲线Px/P1—X,(如图4,图6所示)。qm×103[
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