喷管特性实验

《喷管特性实验》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、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、临界流速和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

2、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形管压差计或微压传感器读出。喷管用有机玻璃制成，配有渐缩喷管和缩放喷管各一只

3、。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看出，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，供必要时排除积水和污物之用。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

4、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和流量的变化，从中着重观察临界压力和最大流量现象。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

5、。具有初压初温稳定，操作安全，功耗和噪声较小，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他各种流道喷管和扩压管的实验。三、实验原理1、喷管中气流的基本规律（1）由能量方程：及可得可见，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：有及过程方程有根据马赫数，而得：显然，当来流速度时，喷管应为渐缩型；当来流速度时，喷管应为渐扩型。2、气体流动的临界概念喷管气流的特征是，，，三者之间互相制约。当某一截面的流速

6、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（）。临界压力与喷管初压（）之比称为临界压力比，有：经推导可得：对于空气，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（），或称为临界流量。可由下式确定：式中：—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：12.56mm2）。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的限制，由上述公式可知：气体流速只能等于或低于音速（）；出口截面的压力只能高于或等

7、于临界压力（）；通过渐缩喷管的流量只能等于或小于最大流量（）。根据不同的背压（），渐缩喷管可分为三种工况，如图6-6所示：图6-5渐缩喷管图6-6渐缩喷管压力分布曲线及流量曲线A—亚临界工况（），此时B—临界工况（），此时C—超临界工况（），此时（2）缩放喷管缩放管的喉部，因此气流可以达到音速（）；扩大段（），出口截面的流速可超音速(),其压力可小于临界压力（），但因喉部几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量（）。气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面出的压力成为设计压力（）。缩放喷管随工作背压不同，亦可分为三种情况：A—被压等于设计背压（

8、）时，称为设计工况。此时气流在喷管中能完全膨胀，出口截面的压力与背压相等（），见图6-8中的曲线A。在喷管喉部，压力达到临界压力，速度达到音速。在扩大