喷管特性实验
喷管中气体流动基本特性实验报告
喷管中气体流动基本特性实验报告一、实验目的1. 验证并进一步对喷管中气流基本规律的理解。
牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2. 掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3. 测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、实验原理喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
气体在喷管的流动过程中，气体的状态参数P 、V ，流速C 和喷管截面积f 之间的基本关系可用下面三个方程表示：cdc f df v dvf df c dc vdp cdc M )1(02-==-+-= （4-1）式中：M 为马赫数，是表示气体流动特性的一个重要特性值。
M<1时，表明气体流速小于当地音速，M>1时，气体流速大于当地音速，气体作超音速流动。
方程指出：气体流经喷管时，压力降低，流速增大，喷管的截面积亦随之变化，而喷管的截面变化情况则取决于Ｍ值．1) 当气流流速小于音速（即Ｍ<1）时，欲使流速增大，喷管截面应该是收缩的； 2) 当气流流速大于音速（即Ｍ>1）时，喷管截面应该是扩放的；3）当流速等于音速时，喷管截面最小，此处正是气流流速由亚音速过渡到超音速，喷管由收缩形过渡到扩放形的转折点。
这点的参数称为喷管的临界参数，用脚码C 表示，如临界压力P C 、临界流速C C 等等。
1．渐缩喷管气体流经喷管的膨胀程度可以用喷管的背压P 2与进口压力P 1之比β表示。
PP12=β称为压力比。
而气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，是使喷管出口的气流速度达到当地音速的压力，即临界压力P C 。
实验二 喷管中气体流动特性实验
实验二 喷管中气体流动特性实验一. 实验目的喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能的好坏与喷管中气体流动过程有着密切关系。
通过观察气流流经收缩型管道压力的变化，测定临界压力比并计算在亚、超临界工作状态下，各截面的压力比和马赫数等，进一步了解喷管中气流在亚临界、超临界工作状态下的流动特性。
观察在缩扩型喷管中气体流动现象，了解缩扩型喷管前后压力比等于、大于和小于设计压力比条件下，扩张段内气体参数的变化情况。
二. 实验原理由工程热力学一元稳定流动连续方程可知，气流的状态参数v （比容）、流速υ和喷管截面积A 的基本关系为：0d dA dv A vυυ+-= （2—1） 渐缩喷管气体流经渐缩型管道时，气流速度υ不断增大，压力P 和温度T 却不断减小。
见图一， 气体流经喷管的膨胀程度一般用喷管的出口压力P 2和进口压力P 1的比值β表示，气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度决定于临界压力比βc ，即：1121KK c c P P K β-⎛⎫== ⎪+⎝⎭ （2—2）式中：临界压力比βc 只和气体的绝热指数K 有关，对于空气K=1.4，从而得到βc =0.528；P c 为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，或称临界压力。
图一 气体经渐缩喷管时压力温度变化曲线气体在渐缩喷管中由P 1膨胀到P 2=P c ，这是最充分的完全膨胀。
对应于临界压力P c ，气流流速达到当地的音速α（称其为临界速度）。
见图二中曲线1。
到临界压力P c。
如图二中线段5所示。
当背压P b大于临界压力P c时，气体在渐缩喷管中由P1膨胀到P2，气体难以充分膨胀，此时P2=P b，气流流速小于当地的音速 。
见图二中曲线2、3、4。
缩扩型喷管或称拉伐尔喷管气体流经缩扩喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A2和喷管中最小截面积A min的比值。
压力提高并等于背压P b，流出喷管。
见图三曲线2，3。
缩扩型喷管中气流产生激波的位置随着P b的增大而沿着喷管轴线向最小截面移动，当背压P b继续提高时，缩扩型喷管最小截面上的压力也将不再保持临界压力，随背压P b升高而升高，这时气流在喷管渐缩段的膨胀过程也将受背压改变的影响。
喷管中气体流动特性实验
喷管中气体流动特性实验1. 实验目的喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能与喷管中气体流动过程有着密切系。
本实验以大气为气源，以喷管后的真空泵为动力，用真空罐稳定反压，通过调节阀随意调节反压，使气流以不同的速度流经喷管。
可达到以下目的： ⑴ 观察气流流经喷管时沿各截面压力的变化；⑵ 在各种不同工况下观察压力的变化和流量的变化，着重观察临界压力和最大流量现象。
2. 实验原理⑴ 渐缩喷管气体流经渐缩喷管时气流速度不断增大，压力、温度却不断减少，（见图2.1）出口 压力与进口压力之比β = p 2/p 1，β称为压力比， βc 称为临界压力比，11c 12-⎪⎭⎫ ⎝⎛+==βk k cr k p p气体在渐缩喷管中由p 1膨胀到p 2 = p cr ，这是最充分的完全膨胀。
此时气流达到当地音速a 。
当背压p b 大于临界压力p cr 时，p 2 = p b ，出口流速小于a ；当背压p b 等于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ；当背压p b 小于临界压力p cr 时，p 2 = p cr ，出口流速等于a ，但气流一旦离开出口截面就会突然膨胀，在喷管外降到背压p b (见图2.2) 。
⑵ 缩放喷管气体流经缩扩形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A 2和喷管中最小截面积A min 的比值。
喷管在设计条件下工作时，气流完全膨胀，出口截面的压力p 2 = p b ，在最小截面A min 上，气流达到临界速度，压力为临界压力。
在进入喷管渐扩段后，气流继续膨胀，转入超音速流动，压力不断减小。
见图2—3中的曲线1。
气流在缩扩形喷管中流动时，如果背压p b 高于出口截面压力p 2，此时 气流膨胀过度，难以流出喷管渐扩段，在背图2.1压p b 作用下，气流在喷管出口处将产生激波。
气流通过激波，使压力升高并等于背压p b ，流出喷管。
见图2—3曲线2、3。
缩扩形喷管中气流产生激波的位置随着p b 的增大而沿着喷管轴线向最小截面移动；当背压继续提高时，缩扩形喷管最小截面上的压力也将不在保持临界压力，随背压p b 升高而升高，这时气流在喷管渐缩段的膨胀过程也将受背压改变的影响。
工程热力力学实验报告
实验名称：喷管中气体流动特性实验实验日期：2023年11月X日实验地点：XX大学工程热力学实验室实验人员：XXX，XXX，XXX一、实验目的1. 通过实验演示渐缩、缩放形喷管，观察气体的流动特性。
2. 验证并加深对喷管中气流基本规律的理解。
3. 研究临界压力、临界流速和最大流量与喷管结构参数之间的关系。
二、实验原理喷管中气体流动的特性可以通过以下基本方程描述：1. 连续性方程：在稳态流动条件下，流过任意截面的质量流量相等，即：\[ A_1v_1 = A_2v_2 \]其中，\( A_1 \) 和 \( A_2 \) 分别为喷管入口和出口的截面积，\( v_1 \) 和 \( v_2 \) 分别为入口和出口的流速。
2. 伯努利方程：在稳态流动条件下，流过任意截面的总机械能守恒，即：\[ \frac{1}{2}\rho v_1^2 + \rho gh_1 + \frac{p_1}{\rho} =\frac{1}{2}\rho v_2^2 + \rho gh_2 + \frac{p_2}{\rho} \]其中，\( \rho \) 为气体密度，\( g \) 为重力加速度，\( h_1 \) 和\( h_2 \) 分别为入口和出口的位能，\( p_1 \) 和 \( p_2 \) 分别为入口和出口的压力。
3. 临界压力和临界流速：当喷管出口压力等于临界压力时，气体流速达到临界流速。
临界压力和临界流速可以通过以下公式计算：\[ p_{cr} = \frac{2}{\gamma + 1}p_{in} \]\[ v_{cr} = \sqrt{\frac{2(\gamma - 1)}{\gamma + 1}}c \]其中，\( p_{in} \) 为入口压力，\( \gamma \) 为比热比，\( c \) 为音速。
三、实验装置实验装置主要包括以下部分：1. 喷管：渐缩形和缩放形喷管。
2. 气源：高压气瓶。
喷管特性实验指导书
《工程热力学》喷管特性实验实验指导书编制：朱天宇肖洪河海大学机电工程学院2006年5月喷管特性实验一、 实验目的1． 验证并进一步对喷管中气流基本规律的理解。
牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2． 掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3．测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、 实验原理喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
（一）收缩喷管出口的流速和流量假设喷管进口的气流参数都用它们对应的滞止参数表示，喷管出口处的气流参数用下标1表示，则喷管中绝能流的能量方程为211012f h c h +=对于比热为常数的理想气体，上式成为211012p f p c T c c T +=引用等熵过程关系式和状态方程（理想气体的γκ=），于是喷管出口的气流速度1f c ==（1-1）可见对于给定的气体，在收缩喷管出口气流未达到临界状态之前，进口的总焓越高，或者出口气流的压强对滞止压强比越小，则出口气流的速度越高。
收缩喷管出口气流速度最高可达当地声速，即出口气流处于临界状态。
通过喷管的质量流量为：1111111()f f m A c A c p q v v p γ==将式（1-1）式代入上式得出m q A = （1-2）m q 是1p 的连续函数，而且当1p =0和10p p =时，m q 都等于零。
由此推论。
在100p p <<的范围内必有m q 的极限值。
为了推求流量的最大值max m q ，取上式对1p 的导数，并令1/0m dq dp =，即1102()1cr p p p γγλ-==+意即1p 等于临界压强cr p 时，收缩喷管的流量达到最大值max m q ，这时喷管出口气流达临界状态11M a =。
喷管特性实验指导书
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 0<dx dA Ma渐扩管 0>dx dA dxdc dx d ρ dx dp dx dc dx d ρ dx dp <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0<dx dA 的管道（渐缩管）里，速度C 增加，而密度ρ，压力P 降低，在0>dxdA 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：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⋅-==+00011221211002222)()(12γγγγγP P P P V P A V C A q m （kg/s ） 式中：0γ—绝热指数 C 2—出口速度m/s A 2—出口截面积m 2V 2—出口比体积（m 3/kg ） P 2—出口压力（MPa ）P 1—进口压力（MPa ） V 1—进口比体积（m 3/kg ）若：P 1=P 2时 0=m q P 2=0时 0=m q ，即在0＜P 2≤P c 渐缩喷管的出口压力P 2或缩放喷管的喉部压力P th 降至临界压力时，喷管中的流量达最大值，计算式如下：1112000minmax ,)12(12V P A q k m ⋅++=-γγγ 临界压力P c 为：11000)12(P P c ⋅+=+γγγ将0γ=1.4代入P c =0.528P 1 （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。
实验三：喷管流动特性的测定
试验三 喷管流动特性的测定一、实验目的和任务1．目的：巩固和验证有关喷管基本理论，熟悉喷管的机理，掌握气流在喷管中流速、流量、压力变化的规律及有关测试方法。
2．任务：对缩放喷管进行下列测定：（1）测定不同工况（初压p 1不变，改变背压p b ）时期流在喷管中的流量q m ；绘制q m -p b 曲线；比较最大流量q m ,max 的计算值和实验值；确定临界压力p cr 。
（2）测定不同工况时气流沿喷管各截面（轴线位置X ）的压力p 的变化；绘制出一组p -X 曲线；分别比较临界压力p cr 的计算值与实验值；观察和记录p cr 出现在喷管中的位置。
（3）通过电测装置，在X-Y 记录仪上绘制出q m -p b 曲线和p -X 曲线。
二、实验原理1．在稳定流动中，任何界面上质量流量都相等，且不随时间变化，流量大小可由下式确定：])()[(12112212112222kk kf m p p p p v p k k A v c A q +--==（1）式中：k —比热比（绝热指数，k =c p /c v ）A 2—出口截面积（m 2） v —气体比容（m 3/kg ） p —压力（Pa ）角注号：1指喷管入口，2指喷管出口。
若降低背压，使缩放喷管的喉部压力p 降至临界压力时，喷管中的流量达最大值：11111112max ,10404.0685.01212T p A v p A v p k k k A q cr cr k cr m ==⎪⎭⎫ ⎝⎛++=- （2） 临界压力p cr 的大小为：111528.0)1p p k p k kcr =+=-2（ （3）喷管中的流量q m 一旦到达最大值，再降低背压p b ，流量q m 保持不变，流量q m 随背压p b 的变化关系如图1所示，缩放喷管与渐缩喷管的不同点是，流量达到最大值时的最高背压p b 不再是p cr ，而应是某一压力p f 。
2．沿喷管轴线X 各截面的压力p ，在喷管形状和工质的初态及背压一定时，可根据连续性方程和状态方程计算而得，也可用实验方法测得如图2所示的图形。
喷管特性实验报告
喷管特性实验报告
一、实验目的
本次实验旨在了解喷管特性，并分析其在喷管喷出物料过程中所产生的压力及流量之
间的关系。
二、原理说明
喷管是一种管道设备，用于将物料进行喷射，其特性受到管内压力及出口尺寸的影响。
当压力产生时，物料会以强度和方向均匀的流动出口。
射流喷口的建立是由喷嘴内部的尺
寸设计、射流强度、压力降和射流的外形等组成的。
三、实验装置和材料
1、实验装置：喷管、压力计、流量计、水池。
2、材料：水。
四、实验程序
1、调整实验装置，确定喷管出口。
2、将水放入水池。
3、将喷管放入水池，通过调节压力计，注入压力。
4、用流量计测量喷管输出的流量。
五、实验结果
表1 喷管压力及流量之间的关系
压力/MPa 流量/L/min
0.2 0.2
1.0 1.5
2.5
3.8
本次实验表明，喷管压力和流量之间存在着密切的联系，随着压力的增加，流量也随
之增加。
同时，喷管的压力也是一个重要参数，它是控制物料流度和物料喷射方向的关键
因素。
喷管测定实验报告分析
喷管测定实验报告分析引言喷管是一种常用的流体力学装置，广泛应用于航空、汽车、喷雾器等领域。
喷管的工作原理基于喷嘴从高压区流向低压区时产生的喷流效应。
通过测定喷管的性能参数，可以评估其喷射能力和流体动力学特性。
本次实验旨在通过喷管实际测定和数据分析，探究其工作原理和性能参数的衡量方法。
实验目的本次实验的主要目的是：1. 测定给定喷管的喷射速度和喷射角度；2. 分析不同压力下喷管的性能参数，如射程、喷射直径等；3. 探究压力与性能参数之间的关系，并验证理论预测。
实验方法1. 实验仪器：- 喷管装置- 压力计- 测距装置- 喷射角测量仪2. 实验步骤：1. 将喷管装置连接到压力计和测距装置上；2. 打开压力控制装置，设定不同的喷射压力；3. 测量并记录喷射速度和喷射角度；4. 固定喷射压力，在不同距离处测量喷射直径；5. 根据实验数据计算并分析喷管的性能参数。
实验结果与讨论喷射速度和喷射角度测定结果在不同的喷射压力下，我们测得如下喷射速度和喷射角度数据：压力(MPa) 喷射速度(m/s) 喷射角度()0.2 12.4 25.70.4 15.6 21.50.6 18.3 18.90.8 21.1 16.21.0 23.8 14.7从数据中可以观察到压力与喷射速度呈正相关关系，压力越大，喷射速度越高。
同时，喷射角度随着压力的增加而减小，这意味着流体喷射的方向更加集中和准确。
喷射直径测定结果固定喷射压力为0.6 MPa，我们在不同距离处测量了喷射直径，并绘制了喷射直径与距离的关系图：从图中可以看出，随着距离的增加，喷射直径逐渐增大，但增大的速率逐渐下降。
这反映了喷管对流体的加速和喷射效果的衰减。
压力与性能参数的关系在实验中，我们固定了喷管的几何结构和流体性质，只改变了喷射压力。
通过分析实验数据，我们可以发现以下关系：1. 压力与喷射速度呈正相关关系；2. 压力与喷射角度呈负相关关系；3. 压力与喷射直径的关系复杂，它随距离的增加而逐渐增大，在不同距离下的增大速率不同。
喷管特性实验指导书
喷管特性实验一、实验目的及要求1、验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2、比较熟练地掌握用常规、计算机数据采集仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法。
3、重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，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。
4、重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。
5、应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。
二、实验装置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. 位移螺杆机构及位移传感器10. 背压真空表 11. 背压用调节阀12. 真空罐13. 软管接头14、仪表箱15、差压传感器16、被压传感器17、移动压力传感器进气管（1）为ф57×3.5无缝钢管，内径φ50。
.空气吸气口（2）进入进气管，流过孔板流量计（3）。
孔板孔径φ7，采用角接环室取压。
流量的大小可从U形管压差计（4）或微压传感器读出。
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φ1.2）连至“可移动真空表”（8）测得，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器（9）实现。
由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ0.5）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。
喷管特性实验.doc
喷管特性实验.doc喷管是一种将液体或气体在一定的条件下进行加速射出的装置，常被用于洒水、喷漆、喷雾等场合。
喷管的特性是指喷射性能的物理特征，如喷射距离、喷角、喷雾效果等。
通过对喷管特性的实验研究，可以进一步理解喷管的工作原理和优化设计。
本文将介绍一种常见的喷管特性实验方法，以水壶为例进行实验。
实验材料：水壶、水、测量尺、直尺、量杯、器皿、橡皮管、喷嘴、试纸等。
实验步骤：1. 准备工作：将水壶装满水，准备一个容器接水，测量尺和直尺用于测量喷射距离和喷角，量杯用于测量水的体积，橡皮管连接喷嘴和水壶。
2. 测量喷射距离：将喷嘴对准水平方向，打开水壶的水阀，让水从喷嘴中射出，测量喷射距离，重复多次取平均值。
3. 测量喷角：将直尺沿喷口中心线放置，测量喷口两侧与水平面的夹角，即为喷角。
4. 测量喷雾效果：将试纸放置在喷口附近，记录水雾对试纸的湿润程度。
5. 测量流量：将水壶的水流进量分别倒入量杯中，计算时间，得到流量。
实验注意事项：1. 实验时要保证操作安全，避免弄湿电器和书籍。
2. 喷嘴要保持清洁，避免阻塞影响实验结果。
3. 实验数据要多次取平均值，提高结果的准确性。
4. 实验过程中要及时记录实验数据以便后续分析。
实验结果分析：通过实验，我们可以得出喷管的特性参数，如喷射距离、喷角、喷雾效果和流量等。
这些参数可以帮助我们评估喷管的性能和优化设计。
在实验中，我们可以通过调节水流量、喷口形状和角度等参数，来探究它们对喷管性能的影响。
例如，提高水流量可以增加喷射距离和流量，但却可能降低喷雾效果。
然而，改变喷口形状和角度可以调整喷雾的分布和角度，以达到更优的喷洒效果。
总结：喷管特性实验是理解和优化喷管性能的重要方法之一。
通过实验可以得到喷射距离、喷角、喷雾效果等参数，这些参数对于衡量喷管性能非常关键。
在实验中，需要注意操作安全和数据准确性。
同时，通过探究不同参数对喷管性能的影响，可以帮助优化喷管的设计和应用。
喷管特性实验
实验３喷管特性实验一、实验目的（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律。
（2）测定不同工况下，气流在喷管内流量m 的变化，绘制流量曲线。
（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置X ）的压力变化情况，绘制1p p Xx 关系曲线。
二、实验装置三、实验原理1．喷管中气流的基本原理由连续方程、能量方程和状态方程结合声速公式KPV a得：cdc M AdA 12马赫数M=c/a显然，要使喷管中气流加速，当M<1时，喷管应为渐缩型（dA<0）；当气流M>1时，喷管应为渐扩型（dA>0）。
2．气体流动的临界概念喷管中气流的特征是dp<0，dc>0，dv>0，三者之间互相制约。
当某一截面的速度达到当地音速时，气流处于从亚音速变为超音速的转折点，通常称为临界状态。
临界压力比112K KK，对于空气，=0.528当渐缩喷管出口处气流速度达到音速或缩放喷管喉部达到音速时，通过喷管的气体流量便达到了最大值，或成临界流量。
可由下式确定：图1 喷管实验装置系统1. 实验段（喷管）；2. 孔板；3. 探针移动机构；4. 孔板压差计5. 调节阀；6. 真空泵；7. 风道入口；8. 背压真空表；9. 探针连通的真空表；10. 稳压罐11. 调节阀12. 实验台支架11121212m i n m a xV P KKKKAm式中：min A —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面积。
本实验台的两种喷管最小截面积均为11.44）。
3．气体在喷管中的流动（1）渐缩喷管渐缩喷管因受几何条件（dA<0）的限制。
有公式可知：气体流速只能等于或低于音速（a C）；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（c P P 2）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（max m m）。
（2）缩放喷管缩放喷管的喉部dA=0，因而气流可达到音速（c=a ）；扩大段dA>0，出口截面处的流速可超音速（c>a ），其压力可低于临界压力（P2<Pc ），但因喉部几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量（maxm ）。
喷管中气体流动特性的测定
喷管中气体流动特性的测定喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
一、实验目的1、观察气流完全膨胀时沿喷管的压力变化，测定流量曲线和临界压力比。
2、了解喷管中气体流动现象的基本特性。
3、观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的影响。
4、了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
二、实验原理气体流经喷管的流动过程中，气流状态参数υ、流速c 和喷管截面积f 之间的基本关系如下： 0=−+vdv f df c dc （1） 喷管可以用f=F （x ）表示截面积轴向距离x （自进口截面积算起）的变化。
在设计的进气压力和排气压力（常称为背压）条件下，气体在喷管内绝热流动时的压力变化可用下式表示为：()dx df M f kM Pdx dp 1122−= （2） 式中M 为马赫数：是表示气体流动特性的一个重要值。
M 〈1时，表示气体流速小于当地音速，为亚音速流动；M=1时，气体流速等于当地音速值；M 〉1时，气流做超音速流动。
当喷管的使用条件改变时，喷管内气流的压力分布发生变化，气流的流速和质量流量也将发生不同的变化。
1、渐缩喷管气体流经喷管的膨胀程度可以用喷管的背压P 2和进口压力P 1之比β表示，12P P =β称为压力比。
气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度决定于临界压力比βc ： 1/112−⎟⎠⎞⎜⎝⎛+==k k c c k P P β （3）临界压力比只和气体的绝热指数有关。
对于空气等双原子气体k=1.4，b c =0.528。
上式中P c 为气体在减缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，称为临界压力P c =b c 。
P 1决定于进口压力。
气体在减缩喷管中由P 1膨胀到P 2=P c ,如图3.1曲线1所示，是最充分的完全膨胀情况。
这时，喷管出口的气体流速达到当地音速的数值，称为临界流速。
当备压P 2低于临界压力P c 时，气体在减缩喷管中不能继续膨胀到备压P 2，只能膨胀到临界压力P c 。
喷管特性实验心得体会
喷管特性实验心得体会
实验目的:
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;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;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;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: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。
实验心得:
测量前将负压和压差电位器进行调整，使负压和压差直流输出信号为零测量喷管压力变化情况时，应使a和 b间电压保持在8.7伏，使c和d间电压保持在1.3伏。
摇动手轮使探针测压孔对准喷管入口零处（指针对准标板零刻度即可)，并使位移信号电压输出为0伏，如果不为0伏则调整稳压器微调e使之为0伏，然后再摇动手轮使探针测压孔对准喷管出口处（指针对准坐标刻度35mm处即可)，并使位移信号电压输出为3.5伏，如果不是3.5伏，则调整稳压微调f使之为3.5伏（О伏和3.5伏要反复多次才能调好)。
喷管实验实验报告
喷管实验实验报告喷管实验实验报告引言：喷管实验是流体力学实验中的一种常见实验，通过对流体在喷管中的流动进行观察和测量，可以研究流体的流动特性及其对喷管的影响。
本实验旨在通过对喷管内流体的流速、压力等参数的测量，探究喷管的流动规律和性能指标。
实验设备：本次实验所使用的设备包括喷管、流量计、压力计、温度计等。
喷管是实验的核心设备，其结构为一端较宽的进口部分和一端较窄的出口部分。
流量计用于测量流体通过喷管的流量，压力计用于测量流体在喷管内的压力变化，温度计用于测量流体的温度。
实验步骤：1. 准备工作：将喷管清洗干净，并确保各测量仪器的准确性和可靠性。
2. 流量测量：将流量计连接到喷管出口处，并记录流量计显示的流量数值。
3. 压力测量：将压力计连接到喷管的进口和出口处，并记录进口和出口的压力数值。
4. 温度测量：将温度计插入喷管内，记录流体的温度。
5. 实验数据处理：根据测量到的数据，计算流体的速度、压力差等参数，并绘制相关的图表。
实验结果：根据实验数据计算得出的结果显示，流体通过喷管时的速度随着流量的增加而增加，但速度增加的幅度逐渐减小。
同时，流体在喷管内的压力也会发生变化，进口处的压力较高，而出口处的压力较低。
此外，实验还发现流体的温度对流速和压力变化有一定的影响，温度升高会导致流速增加，压力降低。
讨论与分析：通过对喷管实验的观察和数据分析，可以得出以下结论：1. 喷管的结构对流体的流动性能有重要影响。
进口较宽的喷管可以减小流体的速度，增加流量，而出口较窄的喷管则可以增加流体的速度。
2. 流体的流速与流量之间存在一定的关系。
流速随着流量的增加而增加，但增速逐渐减小，可能是由于流体在狭窄的喷管出口处发生了局部的压力损失。
3. 喷管内的压力变化与流体的速度变化密切相关。
进口处的压力较高，而出口处的压力较低，这是由于流体在喷管中加速过程中动能的增加导致的。
4. 温度对流体的流速和压力变化有一定的影响。
温度升高会导致流速增加，压力降低，这可能是由于温度升高使得流体的分子动能增加，从而加速了流体的流动。
喷管特性实验
喷管特性实验Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998喷管特性实验一、实验目的1.验证喷管中气流的基本规律，加深对临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的理解。
2.比较熟练地掌握压力、压差及流量的测量方法。
3.重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，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。
4.重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。
二、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵（规格为1401型，排气量3200L/min）。
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，如图6-4所示。
图6-4 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- 测压探针； 8-可移动真空表； 9-位移螺杆机构及位移传感器； 10-背压真空表；11-背压用调节阀；12-真空罐；13-软管接头；14-仪表箱；15-差压传感器；16-被压传感器；17-移动压力传感器进气管为φ57×无缝钢管，内径φ50。
空气从吸气口入进气管，流过孔板流量计。
孔板孔径φ7，采用角接环室取压。
流量的大小可从U形管压差计或微压传感器读出。
喷管用有机玻璃制成，配有渐缩喷管和缩放喷管各一只。
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，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针（外径φ）连至“可移动真空表”测得，由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ）在喷管内的位置可从喷管外部看出，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器实现测量读数。
喷管的排气管上还装有“背压真空表”，其压力大小用背压调节阀进行调节。
真空罐直径φ400，起稳定压力的作用。
实验二喷管中气体流动特性实验
实验二 喷管中气体流动特性实验一. 实验目的喷管是热工设备常用的重要部件，这些设备工作性能的好坏与喷管中气体流动过程有着密切关系。
通过观察气流流经收缩型管道压力的变化，测定临界压力比并计算在亚、超临界工作状态下，各截面的压力比和马赫数等，进一步了解喷管中气流在亚临界、超临界工作状态下的流动特性。
观察在缩扩型喷管中气体流动现象，了解缩扩型喷管前后压力比等于、大于和小于设计压力比条件下，扩张段内气体参数的变化情况。
二. 实验原理由工程热力学一元稳定流动连续方程可知，气流的状态参数v （比容）、流速υ和喷管截面积A 的基本关系为：0d d A d v A vυυ+-= （2—1） 渐缩喷管气体流经渐缩型管道时，气流速度υ不断增大，压力P 和温度T 却不断减小。
见图一， 气体流经喷管的膨胀程度一般用喷管的出口压力P 2和进口压力P 1的比值β表示，气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度决定于临界压力比βc ，即：1121KK c c P P K β-⎛⎫== ⎪+⎝⎭ （2—2）式中：临界压力比βc 只和气体的绝热指数K 有关，对于空气K=1.4，从而得到βc =0.528；P c 为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，或称临界压力。
图一 气体经渐缩喷管时压力温度变化曲线气体在渐缩喷管中由P 1膨胀到P 2=P c ，这是最充分的完全膨胀。
对应于临界压力P c ，气流流速达到当地的音速α（称其为临界速度）。
见图二中曲线1。
到临界压力P c。
如图二中线段5所示。
当背压P b大于临界压力P c时，气体在渐缩喷管中由P1膨胀到P2，气体难以充分膨胀，此时P2=P b，气流流速小于当地的音速 。
见图二中曲线2、3、4。
缩扩型喷管或称拉伐尔喷管气体流经缩扩喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面A2和喷管中最小截面积A min的比值。
压力提高并等于背压P b，流出喷管。
见图三曲线2，3。
缩扩型喷管中气流产生激波的位置随着P b的增大而沿着喷管轴线向最小截面移动，当背压P b继续提高时，缩扩型喷管最小截面上的压力也将不再保持临界压力，随背压P b升高而升高，这时气流在喷管渐缩段的膨胀过程也将受背压改变的影响。
《工程热力学》实验3-喷管特性
《工程热力学》喷管特性实验实验指导书喷管特性实验一、 实验目的1． 验证并进一步对喷管中气流基本规律的理解。
牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2． 掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3．测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、 实验原理喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。
实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
（一）收缩喷管出口的流速和流量假设喷管进口的气流参数都用它们对应的滞止参数表示，喷管出口处的气流参数用下标1表示，则喷管中绝能流的能量方程为211012f h c h +=对于比热为常数的理想气体，上式成为211012p f p c T c c T +=引用等熵过程关系式和状态方程（理想气体的γκ=），于是喷管出口的气流速度1f c == （1-1）可见对于给定的气体，在收缩喷管出口气流未达到临界状态之前，进口的总焓越高，或者出口气流的压强对滞止压强比越小，则出口气流的速度越高。
收缩喷管出口气流速度最高可达当地声速，即出口气流处于临界状态。
通过喷管的质量流量为：111111100()f f m A c A c p q v v p γ==将式（1-1）式代入上式得出m q A = （1-2）m q 是1p 的连续函数，而且当1p =0 和10p p =时，m q 都等于零。
由此推论。
在100p p <<的范围内必有m q 的极限值。
为了推求流量的最大值max m q ，取上式对1p 的导数，并令1/0m dq dp =，即1102()1cr p p p γγλ-==+意即1p 等于临界压强cr p 时，收缩喷管的流量达到最大值max m q ，这时喷管出口气流达临界状态11Ma =。
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压传感器读出。
喷管用有机玻璃制成，配有渐缩喷管和缩放喷管各一只。
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，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针（外径φ1.2）连至“可移动真空表”测得，由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（φ0.5）在喷管内的位置可从喷管外部看出，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺或位移传感器实现测量读数。
喷管的排气管上还装有“背压真空表”，其压力大小用背压调节阀进行调节。
真空罐直径φ400，起稳定压力的作用。
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
、流量m，这些量可分别用位移指针的位置、可移动真截面上的压力P、背压P
b
空表、背压真空表以及U形管压差计的读数来显示。
实验装置特点：
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。
三、实验原理
1、喷管中气流的基本规律
（1）由能量方程：
及
可得
可见，当气体流经喷管速度增加时，压力必然下降。
（2）由连续性方程：
有
及过程方程
有
根据
马赫数，而
得：
显然，当来流速度时，喷管应为渐缩型；当来流速度
时，喷管应为渐扩型。
2、气体流动的临界概念
喷管气流的特征是，，，三者之间互相制约。
当某一截面的流速达到当地音速（亦称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力（）。
临界压力与喷管初压（）之比称为临界压力比，有：
经推导可得：
对于空气，
当渐缩喷管出口处气流速度达到音速，或缩放喷管喉部气流速度达到音速时，通过喷管的气体流量便达到了最大值（），或称为临界流量。
可由下式确定：
式中：—最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流道截面积，对于缩放喷管即为喉部处的流道截面积。
本实验台二种喷管的最小截面积为：12.56 mm2）。
3、气体在喷管中的流动
（1）渐缩喷管
渐缩喷管因受几何条件的限制，由上述公式可
知：气体流速只能等于或低于音速（）；出口截面的
压力只能高于或等于临界压力（）；通过渐缩喷管
的流量只能等于或小于最大流量（）。
根据不同的背压（），渐缩喷管可分为三种工况，如图6-6所示：图6-5 渐缩喷管
图6-6 渐缩喷管压力分布曲线及流量曲线
A—亚临界工况（），此时
B—临界工况（），此时
C—超临界工况（），此时
（2）缩放喷管
缩放管的喉部，因此气流可以达到音速（）；扩大段（），出口截面的流速可超音速(),其压力可小于临界压力（），但因喉部
几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量（）。
气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面出的压力成为设计压
力（）。
缩放喷管随工作背压不同，亦可分为三种情况：A—被压
等于设计背压（）时，称为设计工况。
此时气流在喷管中能
完全膨胀，出口截面的压力与背压相等（），见图6-8
中的曲线A。
在喷管喉部，压力达到临界压力，速度达到音速。
在扩
大段转入超音速流动，流量达到最大流量。
图
6-7 缩放喷管
B—背压低于设计背压（）时，气流在喷管内仍按曲线A那样膨胀到设计压力。
当气流一离开出口截面便与周围介质汇合，其压力立即降至实际背压值，
如图6-8曲线B所示，流量仍为最大流量。
C—背压高于设计背压（）时，气流在喷管内膨胀过度，其压力低于背
压，以至于气流在未达到出口截面处便被压缩，导致压力突然升跃（即产生激波），在出口截面处，其压力达到背压。
如图6-8中的曲线C所示。
激波产生的位置随着背压的升高而向喷管入口方向移动，激波在未达到喉部之前，其喉部的压力仍保持临界压力，流量仍为最大流量。
当背压升高到某一值时，将脱离临界状态，缩放管便与文丘里管的特性相同了，其流量低于最大流量。
图6-8 渐缩喷管压力分布曲线及流量曲线
四、操作步骤
1.装上所需的喷管，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，打开真空泵冷却水阀门,然后启动真空泵。
3.测量轴向压力分布：
（1）用罐前调节阀（背压用调节阀）调节背压至一定值（见真空表读数），并记录下该值。
（2）转动手轮，使测压探针向出口方向移动。
每移动一定距离（一般约2-3mm）便停顿下来，记录该点的坐标位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之外。
把各个点描绘到坐标纸上，便得到一条在这一背压下喷管的压力分布曲线。
（3）若要做若干条压力分布曲线，只要改变其背压值并重复（1）、（2）步骤即可。
4.流量曲线的测绘
（1）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。
（2）用罐前调节阀调节背压，每一次改变（100～200）mm水柱，稳定后记录背压值和U型管差压计的读数。
当背压升高到某一值时，U型管差压计的液柱便不再变化（即流量已达到了最大值）。
此后尽管不断提高背压，但U型管差压计
的液柱仍保持不变，这时测2至3个点。
至此，流量测量即可完成。
渐缩喷管和缩放喷管的流量曲线参见图6-6和图6-8 。
5.实验结束后的设备操作
（1）打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气。
（2）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）。
（3）关闭真空泵冷却水阀门。
五、数据处理
1、压力值的确定
（1）本实验装置采用的是负压系统，表上读数均为真空度，为此须换算成绝对压力值（p）：
式中：—大气压力（bar）；
—用真空度表示的压力。
（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型管差压计读数（）的97% 。
因此，喷管入口压力为：
（3）可得到临界压力，在真空表上的读数（即用真空度表示）为：
计算时，式中各项必须用相同的压力单位（大致判断，约为380mmHg柱）。
2、喷管实际流量测定
由于管内气流的摩擦而形成边界层，从而减少了流通面积。
因此，实际流量必然小于理论值。
其实际流量为：
（kg/s）
式中：
—流速膨胀系数；
—气态修正系数；
—几何修正系数（约等于1.0）；
O）；
—U型管差压计的读数（mmH
2
—室温（℃）；
—大气压力（mbar）。
六、思考题
1.分别说明喷管中临界压力、临界流速和最大流量的含义是什么？
2.说明渐缩喷管和缩放喷管的压力分布曲线图的区别，为什么？
3.简述在本实验过程中真空泵的正确启、停操作程序。