喷管实验台完整版.doc

PAGE PAGE 1 喷管实验台 一、用途和特点 本实验台主要用于《工程热力学》教学中“喷管临界状态的观察”实验。 1．可方便地装上渐缩喷管或缩放喷管，观察气流沿喷管各截面的压力变化。 2．可在各种不同工况下（初压不变，改变背压），观察压力曲线的变化和流量的变化，从中着重观察临界压力和最大流量现象。 3．除供定性观察外，还可作初步的定量实验。压力测量采用精密真空表，精度0.4级。流量测量采用低雷诺数锥形孔板流量计，适用的流量范围宽，可从流量接近为零到喷管的最大流量，精度优于2级。 4．采用真空泵为动力，大气为气源。具有初压初温稳定，操作安全，功耗和噪声较小，试验气流不受压缩机械的污染等优点。喷管用有机玻璃制作，形象直观。 5．采用一台真空泵，可同时带两台实验台对配给的渐缩、缩放喷管做全工况观测。因装卸喷管方便，本实验台还可用作其他各种流道喷管和扩压管的实验。 二、设备结构 整个实验装置包括实验台、真空泵。 实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成，见图1。 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 6.三轮支架 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 进气管（1）为ф57×3.5无缝钢管，内径ф50。.空气吸气口（2）进入进气管，流过孔板流量计（3）。孔板孔径ф7，采用角接环室取压。流量的大小可从U形管压差计（4）读出。喷管（5）用有机玻璃制成。配给渐缩喷管和缩放喷管各一只，见图2、3。根据实验的要求，可松开夹持法兰上的固紧螺丝，向左推开进气管的三轮支架（6），更换所需的喷管。喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探压针（7）（外径ф1.2）连至“可移动真空表”（8）测得，它们的移动通过手轮～螺杆机构（9）实现。由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（ф0.5）在喷管内的位置可从喷管外部看出，也可从装在“可移动真空表”下方的针在“喷管轴向坐标板”（在图中未画出）上所指的位置来确定。喷管的排气管上还装有“背压真空表”背压用调节阀（11）调节。真空罐（12）直径ф400，起稳定压的作用。罐的底部有排污口，供必要时排除积水和污物之用。为减小震动，真空罐与真空泵之间用软管（13）连接。 在实验中必须测量四个变量，即测压孔在喷管内的不同截面位置x、气流在该截面上的压力p、背压pb、流量m，这些量可分别用位移指针的位置、可移动真空表、背压真空表以及U形管压差计的读数来显示。 本实验台配套的仪器设备选型如下： 真空泵： 5110型 排气量3200升/分 三、使用说明 1.实验的内容和方法。图2、图3缩放喷管的压力曲线和流量曲线。 虚线表示理想气流，实线表示实际气流。先介绍理想曲线，然后简要说明实际曲线偏离理想曲线的主要现象和原因。 首先是由于气流有粘性摩擦，在壁面附近形成边界层。随着流程x的延长，边界层厚度加厚，减小了实际流通面积。所以，实际流量总是小于理论流量，边界层还使压力的分布发生一些变化。 对于渐缩喷管的超临界工况（pbpt），由于出口处边界层被 “抽吸”，使临界截面稍向前移。对于缩放喷管的几种亚设计工况，偏离更为显著。 图2、缩放喷管的压力曲线 图3缩放喷管的流量曲线 对于papbpf工况，由于扩大段中边界层的增长和分离，形成复杂的情况，压力的跃升变得比较平缓，不像理论上的正激波那样陡峭。 对于pbpt工况，流量系数明显下降。在图2上可见，f点下移，d点上移。 其次，气流中含有水分，当气流在缩放喷管中具备深度膨胀的条件，由于温度急剧降低，水分将凝结，放出潜热加热气流，使压力曲线形成一个小的突跃。 另外，喷管流道在加工时不可避免地会有一些误差（控制在公差范围内，未标公差的尺寸，按7级精度公差）。喷管在使用一段时间后会附着一层污垢（可根据情况，定期清洗），由于流道尺寸的变化，势必引起压力分布和流量的变化。 2.在进行定量实验时，必须测量喷管的初压p1和初温t1(因进气管中气流速度很低，在最大流量时其数量级为1m/s，可近似认为p1、t1即是气流的总压和总温)。这两个参数可通过对大气状态的测量得出。气压计和温度计请用户自备。初温t1等于大气温ta，但初压p1将略低于大气压力pa 根据经验公式的计算和实测，气体流过本实验台孔板装置的压力损失（pa—p1）约为角接取压U 形压差计读数Δp的97%。因此，喷管的初压可按 p1= pa-0.97Δp 计算。 对于教学实验来说，已足够准确。为不嫌麻烦，也