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1、工程热力学实验指导书（工程热力学）实验指导书喷管特性实验一、实验目的1、验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念；2、比拟熟练地把握用热工仪表测量压力负压、压差及流量的方法；3、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。二、实验装置喷管实验台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3、气体在喷管中的流动渐缩喷管因受几何条件)0(，此时m=2B临界工况c
2、bpp=，此时m=maxm,cbppp=2C超临界工况cbpp,bcppp=2四、操作步骤1、用“坐标校准器调好“位移坐标板的基准位置；2、打开罐前的调节阀，将真空泵的飞轮盘车一至二圈。一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门。而后启动真空泵；3、测量轴向压力分布：用罐前调节阀调节背压至一定值见真空表读数，并记录；然后转动手轮，使测压探针向出口方向移动。每移动5mm便停顿下来，记录该点的位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之外；4、流量的测量：把测压探针的引压孔移至出口截面之外，打开罐后调节阀，关闭罐前调节阀，启动真空泵，然后用罐前调节阀调节背压，每次改变50mmHg柱，稳定后记录背压值和U
3、形管差压计的读数。当背压升高到某一值时，U形管差压计的液柱便不再变化即流量到达了最大值，此后尽管不断提高背压，但U形管差压计的液柱仍保持不变；5、打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气；3分钟后停真空泵并立即打开罐后调节阀，让真空泵充气目的是防止回油，最后关闭冷却水阀门。1真空度换算成绝对压力值p：)(vappp-=式中：ap大气压力mmbar；)(vp用真空度表示的压力。2由于喷管前装有U形管压力计，气流有压力损失。本实验装置的压力损失为U形管差压计读数p?的97%。因而，喷管入口压力为：pppa?-=97.013临界压力158.0ppc=，真空度为：pppavc?+=51.00472
4、.0)(计算时，式中各项必须用一样的压力单位。大致判定，)(vcp约为380mmHg柱。2、喷管实际流量测定由于管内气流的摩擦而构成边界层，进而减少了流通面积。因而，实际流量必然小于理论值。其实际流量为：?=-pm41073.1kg/s式中：流速膨胀系数，app?-=-210873.21气态修正系数，273538.0+=aatp几何修正系数约等于1；pU型管差压计的读数mmHg；at室温；ap大气压力mmbar。六、实验报告要求1、以测点位置x为横坐标，以1pp为纵坐标，绘制不同工况下的压力分布曲线。2、以压力比1ppb为横坐标，流量m为纵坐标，绘制流量曲线。实验三空气在喷管中流动性能测定实验
5、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，压力变化规律及把握有关测试方法。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，密度及压力P的变化与截面A的变化及马赫数Ma速dxddxd1在亚音速MadxdA的管道渐扩管里，速度C减小，而密度，压力P增大。2在超音速Ma1等熵流动中，气体在渐缩管中，速度C减小，而压力P，密度增大，在渐扩管中，速度C增加，压力P，密度降低。3在Ma=1，即到达临界流动状态，此时，压力为临界压
6、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，等熵经过方程，得到气体在喷管中流量的计算式：?-?-=+00011221211002222)()(12PPPPVPAVCAqmkg/s式中：0绝热指数C2出口速度m/sA2出口截面积m2V2出口比体积m3/kgP2出口压力MPaP1进口压力MPaV1进口比体积m3/kg若：P1=P2时0=mqP2=0时0=mq，即在0P2Pc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
7、：1112000minmax,)12(12VPAqkm?+=-临界压力Pc为：11000)12(PPc?+=+将0=1.4代入Pc=0.528P12、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，由于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PU型管上读出。质量流量qm与压差P的关系式为：?=-Pqm410373.1kg/s式中：流量膨账系数,aPP?-=-410373.11气态修正系数,15.2730538.0+=aatP几何修正系数,标定值PU型管压差计读数mm.H2OPa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/P1X和流量曲线mqPb/P1由于实验台采用的是真空表测压、因而临界压力Pc在真空表上的读数Pc为1528.0PPPPPacac-=-=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：PPPa?-=97.01P?以汞柱为单位时的孔板流量计压差)(59.132mmHgHPOH?=?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。各部件作用及测量经过如下：