喷管特性实验指导书.doc

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）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/s A2—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x2）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“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112、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压值下，重复上述摇动手轮9的操作过程，而得到一组在不同背压下的压力曲线Px/P1—X，（如图4，图6所示）图4 渐缩喷管压力曲线5、摇动手轮9，使测压孔的位置x位于喷管出口外30-40mm处此时真空表8上的读数为背压Pb6、全开罐后调节阀11，用罐前调节阀14调节背压Pb，使它由全关状态逐渐慢开启随背压Pb降低（真空度升高），流量qm逐渐增大，当背压降至某一定值（渐缩喷管为Pc，缩放喷管为Pf）时，流量达到最大值qm,max，以后将不随Pb的降低而改变7、用罐前调节阀14重复上述过程，调节背压Pb，每变化50mmHg一停，记下真空表10上的背压读数和U形管压力计4上的压差△P（mmH2O）读数（低真空时，流量变化大，可取20mmHg；高真空时，流量变化小，可取10mmHg间隔）将读数换算成压力比Pb/P1和流量在座标纸上绘出流量曲线（如图5、图7所示）。

图5 渐缩喷管流量曲线（当℃） 图6 缩放喷管压力曲线图7 孔板流量计曲线8、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐调节阀11，关闭罐前调节阀14，使罐内充气当关闭真空泵后，立即打开罐前调节阀14，使真空泵充气以防止真空泵回油最后关闭冷却水阀门五、数据记录与整理实验中应认真做好原始数据记录（包括：室温ts，大气压Pa及实验日期）如发现实验结果出现较大误差，应仔细分析查找原因在整理时，由于各种实验曲线都是以压力比（Pa