喷管特性实验之实验报告

喷管特性实验之实验报告
一、实验题目：喷管特性实验 二、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，建立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念
2．比较熟练地掌握用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法
3．明确渐缩喷管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
4．明确缩放喷管中的压力可以低于临界压力，流速可高于当地音速，而流量不可能大于最大流量
5．对喷管中气流的实际复杂过程有所了解，能定性解释激波产生的原因
三、实验原理
1．喷管理想流量的确定
临界压力Pc 。

临界压力与喷管入口压力P1之比称之为临界压力比：1/P c P =ν。

经推导得到： 1
12-⎪
⎭
⎫ ⎝⎛+=K K
K ν （5）
对于空气，ν=0.528
1112
1212min max V P
K K K K A m ⋅-⎪⎭
⎫ ⎝⎛++=& （6）
式中： A min —最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流通截面积；对于缩放喷管即为喉部的截面积。

本实验台的两种喷管最小截面积均为11.44mm 2）。

由于喷管前装有孔板流量计，气流有压力损失。

本实验装置的压力损失为U 型管压差计读数（∆P ）的97%。

因此，喷管入口压力为：
10.97a p p p =-∆
2．喷管实际流量的确定
喷管中的空气流量是通过喷管前的孔板流量计来确定的，计算公式为：
ν
βε⋅⋅⋅∆-⨯=P m
410373.1& （Kg/s ） （10）
式中：ε—流束膨胀系数；
a
P P
∆-⨯-=2
10873.21ε
β—气态修正系数；
β= ν—几何修正系数（约等于1.0） T a —室温（℃） ∆P —U 型管压差计读数（mmH2O ） Pa —大气压力（mbar ）
四、实验数据处理
一、渐缩喷管 大气压_ 760__ mmHg 表1.压力分布
表2.流量曲线
二、缩放喷管表3.压力分布
表4.流量曲线
表5. 根据条件计算的喷管最大流量
由计算结果可知，实际最大流量总是比相应的理想最大流量要小，这是空气有粘性的表现。

同时还可以看出，流量越大时，实际值与理想值的偏差越小，说明此时粘性的影响变小了。

p /k P a
X /mm
图1.渐缩喷管压力分布曲线图
由图1可以看出，对渐缩喷管而言，在一定的流量（背压）下，随着轴向距离的增大，管内压强逐渐降低，在喷管之后压力保持不变。

并且，在喷管出口压力有明显地降低，流量越大（背压越小），压降越明显，之后回升后维持稳定。

可能原因是在出口处由于截面积突变，产生了膨胀波，因此流量越大，压降越明显。

-50
050100150200250
300350400Q /c m H 2O
p b /kPa
图2.渐缩喷管流量与背压曲线图
由图2可以看出，当背压比较小时，流量不随背压而变化。

当背压比较大时，流量随背压增大而减小，直至背压等于进口压力流量减
为零。

可以预见，当背压再次增大时，流量
将为负值，即流动方向为从出口流向入口。

-650
-600-550-500-450-400-350
-300-250-200-150p /P a
X /mm
图3.缩放喷管压力分布曲线图
从图3可以看出，曲线1压力随轴向距离x 增大而增大，直到管外保持恒定。

此时背压与入口压力之差较小，最可能的原因是由于空
气的粘性使气流减速，因而压力不断降低。

曲线2为亚声速工况，在最小截面之前压力渐降，之后气体膨胀压力升高。

曲线3为超声速工况，最小截面之后因流速等于声速，流速继续增大，压力继续降低。

又因为其出口处压力小于背压，此时膨胀过度，管内出现激波。

10
15
20
25
30
35
40
Q /c m H 2O
p b /Pa
图4.缩放喷管流量与背压曲线图
由图4可以看出，当背压比较小时，流量不随背压而变化。

当背压比较大时，流量随背压增大而减小，直至被压等于进口压力流量减为零。

可以预见，当背压再次增大时，流量将为负值，即流动方向为从出口流向入口。