噴管特性實驗

噴管特性試驗一、試驗目的的理解。比較嫻熟地把握壓力、壓差及流量的測量方法。速不行能高于音速，流量不行能大于最大流量?？筛哂谝羲?，而流量不行能大于最大流量。二、試驗裝置整個試驗裝置包括試驗臺、真空泵〔規(guī)格為14013200L/min。試驗臺由進氣6-4圖6-4 噴管試驗臺1-進氣管；2-空氣吸氣口；3-孔板流量計；4-U5-噴管；6-三輪支架；7-8-可移動真空表；9-位移螺桿機構及位移傳感器；10-背壓真空表；1112-真空罐；13-軟管接頭；14-儀表箱；1516-被壓傳感器；17-移動壓力傳感器進氣管為φ57×3.5無縫鋼管，內(nèi)徑φ50?？諝鈴奈鼩饪谌脒M氣管，流過孔板流量計?？装蹇讖溅?，承受角接環(huán)室取壓。流量的大小可從U用有機玻璃制成，配有漸縮噴管和縮放噴管各一只。依據(jù)試驗的要求，可松開夾持法蘭上的固緊螺絲，向左推開進氣管的三輪支架，更換所需的噴管。噴管各截面上的壓力是由插動，標尺或位移傳感器實現(xiàn)測量讀數(shù)。噴管的排氣管上還裝有“背壓真空表要時排解積水和污物之用。為減小震驚，真空罐與真空泵之間用軟管連接。在試驗中必需測量四個變量，即測壓孔在噴管內(nèi)的不同截面位置X、氣流在該截面上的P、背壓Pm，這些量可分別用位移指針的位置、可移動真空表、背壓真空表以b試驗裝置特點：可便利地裝上漸縮噴管或縮放噴管，觀看氣流沿噴管各截面的壓力變化?？稍诟鞣N不同工況下〔初壓不變，轉變背壓中著重觀看臨界壓力和最大流量現(xiàn)象。0.4流量測量承受低雷諾數(shù)錐形孔板流量計，適用的流量范圍寬，可從流量接近為零到噴管的2試驗氣流不受壓縮機械的污染等優(yōu)點。噴管用有機玻璃制作，形象直觀。卸噴管便利，本試驗臺還可用作其他各種流道噴管和擴壓管的試驗。三、試驗原理1、噴管中氣流的根本規(guī)律由能量方程：及 dqdhdp可得 dpcdc可見，當氣體流經(jīng)噴管速度增加時，壓力必定下降。由連續(xù)性方程：A c

Ac

Ac1 1有 1 2

2

常數(shù)有

pk常數(shù)

kddp pkp依據(jù) dpkp馬赫數(shù)M得：

caa

dA(M21)dc明顯，當來流速度應為漸擴型(dA0。

M1

A c時，噴管應為漸縮型(dA 0)；當來流速度M1時，噴管2、氣體流淌的臨界概念dp0dc0d0，三者之間相互制約。當某一截面的流速達〔亦稱臨界速度〕時，該截面上的壓力稱為臨界壓力〔初壓〔p1〕之比稱為臨界壓力比，有：

pc。臨界壓力與噴管k 2 k1k 經(jīng)推導可得：

k10.528當漸縮噴管出口處氣流速度到達音速，或縮放噴管喉部氣流速度到達音速時，通過噴管的氣體流量便到達了最大值〔mmax，或稱為臨界流量。可由下式確定：喉部處的流道截面積。本試驗臺二種噴管的最小截面積為：12.56mm。3、氣體在噴管中的流淌漸縮噴管2 漸縮噴管因受幾何條件(dA0的限制，由上述公式可知：氣體流速只能等于或低于音速Ca壓力只能高于或等于臨界壓力〔pp2 的流量只能等于或小于最大流量〔mmax。依據(jù)不同的背壓〔pb，漸縮噴管可分為三種工況，如圖6-6所示： 圖6-5 漸縮噴管圖6-6 漸縮噴管壓力分布曲線及流量曲線b A—亞臨界工況〔p p，此時mb

mmax

p p p2 b cb B—臨界工況〔p p，此時mb

mmax

p p p2 b c〔pb

pc，此時m

p p pm 2 c bmax縮放噴管2 縮放管的喉部dA0，因此氣流可以到達音速〔Ca；擴大段〔dA0，出口截面流速可超音速(Ca),其壓力可小于臨界壓力〔p p，但因喉部2 幾何尺寸的限制，其流量的最大值仍為最大流量〔mmax?！?/p>

pd?？s放噴管隨b 2 b 工作背壓不同，亦可分為三種狀況：A—被壓等于設計背壓〔p p 為設計工況。此時氣流在噴管中能完全膨脹，出口截面的壓力與背壓相等〔p p p ，見圖b 2 b A。在噴管喉部，壓力到達臨界壓力，速度到達音速。在擴大段轉入超音速流淌，流量到達最大流量。圖6-7 縮放噴管b B—背壓低于設計背壓〔pp〕時，氣流在噴管內(nèi)仍按曲線A那樣膨脹到設計壓力。6-8Bb b b

p p 〕時，氣流在噴管內(nèi)膨脹過度，其壓力低于背壓，以至于氣流在未到達出口截面處便被壓縮，導致壓力突然升躍〔即產(chǎn)生激波，在出口截面處，其壓力到達背壓。如圖6-8中的曲線C所示。激波產(chǎn)生的位置隨著背壓的上升而向噴管入當背壓上升到某一值時，將脫離臨界狀態(tài)，縮放管便與文丘里管的特性一樣了，其流量低于最大流量。圖6-8 漸縮噴管壓力分布曲線及流量曲線四、操作步驟裝上所需的噴管，用“坐標校準器”調(diào)好“位移坐標板”的基準位置。翻開真空泵冷卻水閥門,然后啟動真空泵。測量軸向壓力分布：〔背壓用調(diào)整閥〔見真空表讀數(shù)轉動手輪，使測壓探針向出口方向移動。每移動肯定距離〔一般約2-3mm〕便停頓下來，記錄該點的坐標位置及相應的壓力值，始終測至噴管出口之外。把各個點描繪到坐標紙上，便得到一條在這一背壓下噴管的壓力分布曲線。假設要做假設干條壓力分布曲線，只要轉變其背壓值并重復〔1〔2〕4.流量曲線的測繪真空泵。用罐前調(diào)整閥調(diào)整背壓，每一次轉變〔100～200〕mmUU型管差壓計的液柱便不再變化〔即流量已到達了最大值U26-66-8。5.試驗完畢后的設備操作翻開罐前調(diào)整閥，關閉罐后調(diào)整閥，讓真空罐充氣。停真空泵，并馬上翻開罐后調(diào)整閥，讓真空泵充氣〔目的是防止回油。五、數(shù)據(jù)處理1、壓力值確實定〔p：

pa—大氣壓力〔bar〕；p(v)—用真空度表示的壓力。U壓計讀數(shù)〔p〕97%。因此，噴管入口壓力為：cpc

0.58p1

，在真空表上的讀數(shù)〔即用真空度表示〕為：〔大致推斷，2、噴管實際流量測定

pc(v)380mmHg。由于管內(nèi)氣流的摩擦而形成邊界層，從而削減了流通面積。因此，實際流量必定小于理論值。其實際流量為：pm1.37310p

〔kg/s〕式中：—流速膨脹系數(shù)；—氣態(tài)修正系數(shù)；—幾何修