喷管特性实验指导书

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1、喷管特性实验一、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>0<0（1）在亚音速（Ma<1）

2、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，

3、得到气体在喷管中流量的计算式：（kg/s）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

4、台采用孔板流量计来测量喷管的流量。孔板流量计上所示的压差△P（U型管上读出）。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）△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

5、为：以汞柱为单位时的孔板流量计压差三、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.支架7.测压探压针8.可移动真空表9.手轮螺杆机构10.背压真空表11.背压用调节阀12.真空罐13.软管接头14.真空罐前截止阀图2渐缩喷管图3缩放喷管由于真空泵的抽吸，空气由进气口2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

6、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φ0.8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。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

7、。背压由调节阀11调节。真空罐12前的调节阀14用于急速调节。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“

8、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14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14逐次调节背压Pb，为设定的背压值。在各个背