实验三：喷管流动特性的测定

1、试验三喷嘴流动特性的测定一、实验目的和任务1 .目的：加强和验证喷嘴的基本理论，熟悉喷嘴的机理，掌握喷嘴气流的流速、流量、压力变化规律和测量方法。2 .任务：对变焦喷嘴进行以下测量(1)将描绘qm-pb曲线的最大流量qm、max的计算值与实验值进行比较，确定临界压力pcr，该qm-pb曲线测量在不同的情况(原压p1不变化，使背压pb变化)的时期流过喷嘴的流量qm。(2)绘制一组p-X曲线，用于测量不同情况下沿着喷嘴各截面(轴线位置x )的气流压力p的变化。分别比较临界压力pcr的计算值和实验值，观察并记录pcr在喷嘴上出现的位置。(3)利用电气测量装置，将qm-pb曲线和p-X曲线绘制在X-Y

2、记录仪上。二、实验原理1 .在稳定的流程中，在任何界面上质量流量都相等，不随时间变化。 流量的大小可以由以下公式决定(1)式中： k-比热比(绝热指数，k=cp/cv )a2-出口截面积(m2)v-气体比容积(m3/kg )p-压力(Pa )角注编号： 1是指喷嘴入口，2是指喷嘴出口。降低背压后，缩放后的喷嘴的喉部压力p达到临界压力后，喷嘴的流量为最大值(2)临界压力pcr的大小(3)当喷嘴的流量qm达到最大值时，降低背压pb，流量qm不变化。 流量qm根据背压pb的变化关系如图1所示，关于定标喷嘴和定标喷嘴的差异，流量达到最大值时的最高背压pb应该不是pcr，而是某压力pf。2 .沿着喷嘴轴

3、线x的各截面的压力p，在喷嘴的形状和工质的初始状态和背压一定的情况下，可以根据连续性方程式和状态方程式来计算，也可以用实验方法测量如图2所示的图形。图2所示的一组曲线在不同的背压pb下表示定标喷嘴内的各截面的压力p的变化。 pbpd时，气流在管内膨胀不足，只能在管外持续膨胀。 pb=pd时，气流在管内完全膨胀，出口压力与背压pb一致，称为设计情况。 因此，pbpd为亚设计情况，亚设计情况分为几个情况。 pdpb pe，气流在管内膨胀过度，出口压力为pd，但很快出口会产生斜激波(pbpe=或正激波(pb=pe )，压力从pd上升到pb，pepf时，喷嘴内整体为亚音速气流。 喉部已不在临界状态，变

4、焦喷嘴为文丘里管。注： pf、pd、pe请参见图2。图1缩放喷嘴流量曲线(p1=0.1MPa、t1=20)图2缩放喷嘴压力曲线三、实验装置图3实验装置图实验装置由实验台主体、真空泵、电测定器三大部分组成。实验台主体的结构如图3所示，空气从吸气口2进入气管1，流通孔拉流量计3，流量的大小由u型管差压计4读取。 该管5为有机玻璃制，变焦形式如图4所示，根据实验要求拧松夹着凸缘的螺栓，将进入气管的三轮托架6向左扩张，可以改变必要的喷嘴。 与插入喷嘴内的负载传感器7可移动的标准真空计8连接来测定喷嘴的各截面的压力，这些移动由手轮螺纹机构9实现。 喷嘴后的排气管上安装有背压真空计10、真空罐12，起到稳

5、定背压的作用，罐内的真空度由背压调节阀11调节，为了减少振动，用软管连接真空罐和真空泵之间。真空泵为1401型，排气量为3200升/分。图4变焦喷嘴电气测定器有负压传感器、差压传感器、位移电位器、直流稳定电源、函数记录仪等。负压传感器、差压传感器、位移电位器分别将可动真空计、u型管差压计、测压元件同管内不同断面的压力转换成电信号输入记录仪，并描绘实验曲线，上述电表由直流稳定化电源供给。四、实验程序1 .安装喷嘴。2 .在运转前检查真空泵(检查传动系统、回路、水路)。 检查没有问题后，打开背压调节阀，用手转动真空泵的飞轮一周，从汽缸中去除多馀的油，打开马达，达到正常转速后开始实验。3 .即使将装

6、载探测器的装载端口移动到远离喷嘴出口的距离，也不动。 此时，p2=pb，改变调节阀的开度，调节背压pb从p1开始逐渐下降，记录不同pb下的节流孔差压p的值，准备流量的计算和qm-pb曲线的描绘，在实验时记录p开始达到最大值的pb，求出pcr和pf值。4 .调节不同的pb，摇动手柄，使喷嘴入口到出口的距离逐渐移动，以不同的x值记录p值，并测量不同情况下的p-X曲线。5 .接通电表，记录qm-pb曲线和p-X曲线。6 .停车。7 .认真创建原始记录。(1)设备数据记录：设备名称、型号、规格等。(2)正常数据记录：当地大气压、室温、实验环境状况。(3)将技术数据和描绘的图形等填写在附表中。五、实验数

7、据的整理1 .因为进气管的气流速度低，所以在最大流量的情况下，其数量为1m/s，因此元压p1和元温t1可以近似为气流的总压力和总温度。 初温t1与大气温度ta相等，初压p1比大气压pa稍低，因此能够用下式计算2 .节流流量计流量的计算公式如下(公斤/秒)式中p U型差压表读数(mmH2O )流速膨胀系数气体修正系数几何校正系数(需要标定，在本试验条件下=1)Pa-大气压(pa )ta-大气温度()节流流量计的关系曲线如图5所示。六、实验报告1 .简要叙述实验原理和过程。2、各种数据的原理记录。3、实验结果整理的数据包括最大流量qm、max、临界压力pcr、qm-pb曲线、p-X曲线，分析实验值和计算值，分析测量曲线和函数记录仪对曲线的异同点及其发生原因。注：表1、2的曲线用方格纸画，记录仪画曲线的另一页。图5节流流量计-p关系曲线喷嘴实验记录(1)室温t=当时当地气压p=表1喷嘴类型主要参数喷嘴入口压力p1喷嘴背压pb喷嘴流量真空度(PK )绝对压力(Pa )真空度(PK )绝对压力(Pa )喷嘴差压p(mmH2O )m(公斤/秒)测度制定规定的双曲正切值流动量量后背压迫歌曲线p2/p千克/秒临界压力pc(PS )计算值最大流量mmax(kg/s )计算值实验值实验值