渐缩喷管数据处理
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： 112-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=K KK ν （5）对于空气，ν=0.52811121212min max V PK 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：νβε⋅⋅⋅∆-⨯=P m410373.1& （Kg/s ） （10）式中：ε—流束膨胀系数；aP P∆-⨯-=210873.21εβ—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。
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。
工程热力学喷管特性实验
工程热力学喷管特性实验实验报告评分实验题目:喷管特性实验实验目的: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。
实验原理:1(喷管中气流的基本原理a,KPV由连续方程、能量方程和状态方程结合声速公式得:dAdc2,,,M,1,,,,Ac 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。
K2,,K,1,,,,K，1,, 临界压力比，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:2P2K2,,K,11，m,A,,,maxminK，1K，1V,,1 式中: 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min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。
有式(4)可知:气体流速只能等于或低于音P,P2cC,a速();出口截面的压力只能高于或等于临界压力();通过喷管的流量只能等，，m,mmax于或小于最大流量()。
(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，mmax最大值仍为最大流量()。
渐缩喷管与直短管的流场数值模拟及分析比较
渐缩喷管与直短管的流场数值模拟及分析比较作者：崔祖涛周林元来源：《山东工业技术》2015年第13期摘要：本文介绍了渐缩喷管内外部流动数值模拟的基本理论和方法，通过计算流体力学（CFD）技术对工质流体流经直短管和渐缩喷管的流动状态进行模拟，分析了工质流体流经喷管时喷管内外部的流场分布，并对两种短管的性能加以比较。
关键词：渐缩喷管；数值模拟；流场；卷吸1 喷管应用概述喷管的应用范围几乎包含所有工业领域、交通运输、农业生产，以及人民日常生活。
除了人们熟知的燃烧设备和装置外，在非燃烧工业设备上也广泛应用。
2 物理模型图中D为喷管进口直径，d为出口直径，L为直管长度，H为收缩段高度。
由于喷管的流动为对称的，所以可以采用二维模型，采用输入坐标构造模型，并且为了能够得到较好的网格，采用分块划分网格，从而避开网格产生的畸形。
因为该模型对称，计算简单，所以直接用面的形式进行网格划分，为了使换分网格更精确，做辅助面将其划分为多个面，然后按照所分的区域，分区域划分网格，采用结构性网格，同时采用四边形网格，经检测，网格质量良好。
3 数值模拟理论基础3.1 喷管的工作原理高压低速的流体流过喷管时压力降低，流速增加，压力能减小动能增加。
工质在压差的作用下，迅速扩散，动能增加的同时对外做功，或者将速度能转换成压力能。
3.2 模拟的流体力学基础（1）连续性方程。
在有限控制体中，质量守恒意味着：控制体表面的净质量流出等于控制体内质量的时间变化率。
即：（2）动量守恒方程。
动量守恒定律是任何流动系统必须满足的基本定律，（3）能量守恒方程。
能量守恒定律包含有热交换的流动系统必须满足的基本定律，其表达式为：除了流体的三大基本方程，还有组分质量守恒方程、控制方程的通用形式以及湍流的控制方程、守恒型控制方程和非守恒型控制方程等方程。
4 边界条件及残差曲线压力进口边界条件，入口压力略低于储气罐压力（5bar），理想空气的参数：温度为300K，ρ=1.225kg/m3 μ=14.8×10-6Pa·S，喷管的进口水力直径等于喷管直径，即16mm。
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。
喷管——精选推荐
喷管性能实验一．实验目的1．巩固和验证有关喷管基本理论，熟悉不同形式喷管的机理，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．加深对临界状态基本概念的理解。
3．设计实验，实现气流在喷管中获得最大流速。
二。
实验原理1．喷管中气体流动的基本规律根据气体在喷管中作一元稳定等熵流动的特点，我们得到气体在变截面管道中，气流速度C f 、密度ρ、压力P 的变化与截面A 的变化和马赫数Ma （速度C f 与音速c 之比）的大小有关。
它们的变化规律如下表。
Ma 渐缩管0<dxdcMa渐扩管0>dxdcdxdc fdxdpdxdc fdxdp <1 >0 <0 <1 <0 >0 >1 <0>0>1>0<0由此可以得到下面一些结论：①在亚音速（Ｍａ<１）等熵流动中，气体在ｄc ／ｄｘ<０的管道（渐缩管）里，速度C f 增加，而密度ρ、压力P 降低；在ｄc ／ｄｘ>０的管道（渐扩管）里，速度减少。
而密度、压力增大。
②在超音速（Ｍａ>１）等熵流动中,情况恰好与亚音速的特点相反，气体在渐缩管中速度减少，而压力、密度增大；在渐扩管中速度增大，密度压力降低。
③因此想要获得超音速气流，就必须使亚音速在渐扩管中加速。
当气体被加速到Ma=1，即达到临界状态时，就要改用渐扩管，以使气流继续加速达到超音速。
2、喷管中流量的计算。
标准孔板流量计的计算公式如下： Q=1.0134Kd 0(ΔP)1/2 式中：Q ——流量（m 3/s ）K ——流量系数，由图1查得 d 0——孔板直径（m ）ΔP ——测点压差（pa,1pa=1cm 水柱）上式中的流量系数K 只是雷诺数Re 的函数，由下图可查知。
图1 K与Re的关系因为Re是随流量Q而变的，所以在流量位置的情况下就无法确定Re，在流量精度要求不高时K值可取平均值0.67，如精度要求较高时，可用平均K值0.67，算出Q值再算出Re及K值，反复几次则可求得接近的K值。
热力学喷管特性实验山东大学
热力学喷管特性实验一、 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，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。
二、 实验原理1、喷管中气流的基本规律（1）、由能量方程：221dc dh dq += 及 dp dh dq ν−=可得 cdc dp =−ν (1) 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：=•=⋅⋅⋅⋅⋅⋅=•=•νννc A c A c A 222111常数 有 cdc d A dA −=νν 及过程方程=k p ν常数 有 pdp kd −=νν根据 cdc dp =−ν马赫数ac M =，而νkp a =得： cdc M A dA )1(2−= (2) 显然，当来流速度 1<M 时，喷管应为渐缩型)0(<dA ；当来流速度1>M 时，喷管应为渐扩型)0(>dA 。
2、气体流动的临界概念喷管气流的特征是0<dp ，0>dc ，0>νd ，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（c p ）。
临界压力与喷管初压（1p ）之比称为临界压力比，有：1p p c =γ 经推导可得： 112−⎪⎭⎫ ⎝⎛+=k kk γ (3)对于空气，528.0=γ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（max •m ），或称为临界流量。
可由下式确定：1112min max 1212νp k k k A m k •⎪⎭⎫ ⎝⎛++=−• (4)式中：min A —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。
《工程热力学》实验指导书
喷管压力流量变化规律实验一、实验目的1、巩固和验证气流在喷管中流动的基本原理，熟悉不同形式喷管的机理。
2、了解气流在喷管中流速、压力、流量的变化规律及测试方法。
3、加深对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在亚音速等熵流动中，气体在渐缩管里，速度增加，而压力、密度降低；在渐扩管里，速度减小而压力、密度增大。
在超音速等熵流动中，情况正好与亚音速流动的特点相反，气体在渐缩管中速度减小而压力、密度增大，在渐扩管中速度增加，压力、密度减小。
因此要想获得超音速气流，就必要使亚音速气流首先在渐缩管中加速，当气流被加速到音速，即达到临界状态时，就要改用渐扩管，以使气流继续加速到超音速。
2、喷管中流量的计算根据气体一元稳定等熵流动的连续方程、能量方程、绝热气体状态方程、等熵过程方程，得到气流在喷管中流量m 的表达式为：由式（1）可以看出：当P 2=P 0时，m=0；因此，只有在0＜P 2≤P c ，渐缩喷管的出口压力或缩放喷管的喉部压力达到临界压力时，喷管中的流量m 将存在最大值m max ，计算如下：很显然，满足式（2）的P 2即为临界值P c 。
对应于该截面上的气流速度W 2将达到音速a 。
将k=1.4代入（2）式得：P 2=P c =0.528P 0 （3） 将式（2）代入（1）式得m max 的表达式为：）（1/12102202002222s kg p p p p v p k k f v w f m k k k ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-==+）（，得令21201022-⎪⎭⎫⎝⎛+==k kk p p dp dm喷管中的实际流量前面（1）（4）式给出理想流动的流量表达式，实际上，由于气流与管壁的摩擦所产生的边界层，减少了流动截面积。
因此，实际流量是小于理论流量的。
二者之比称为流量系数。
本实验台是采用锥形入口孔板流量计来测量喷管的实际流量。
根据孔板流量计上所测量的压差△P （在U 形管压差计上读出），求得流量m 与压差△P 的关系表达式：）（510373.14εβγ⨯∆⨯=-P m 式中：γ几何修正系数（标定值，本实验条件下可取为1）△P 为U 形压差计读数（mmH 2O ），Pa 为大气压，ta 为大气温度。
实验十 热工学实验
实验十热工学实验实验十渐缩(缩放)喷管内压力分布和流量测定一、实验目的1．验证并加深对喷管中的气流基本规律的理解，树立临界压力，临界流速，最大流量等喷管临界参数的概念，把理性认识和感性认识结合起来。
2．对喷管中气流的实际复杂过程有概略的了解。
3．通过渐缩喷管气流特性的观测，要明确：在渐缩喷管中压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量仍不能大于最大流量。
4．根据实验条件，计算喷管（最大）流量的理论值，并与实侧值进行对比。
二、实验设备本设备由2_型真空泵，PG－Ⅲ型喷管（见图10-1）和计算机（控制与显示设备）构成。
由于真空泵的抽吸，空气自吸气口2进入进气管1，流过孔板流量计3，流量的大小可以从U型管压差计4读出。
喷管5用有机玻璃制成，有渐缩、缩放两种型式（见图10-2、10-3），可根据实验要求，松开夹持法兰上的螺丝，向右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在其中，外径0.2mm的测压探针连至可移动真空表8测得，探针的顶封死，中段开有测压小孔，摇动手轮——螺杆机构9，即可移动探针，从而改变测压小孔在喷管中的位置，实现对喷管不同截面的压力测量。
在喷管的排气管上装有背压真空表10，排气管的下方为真空罐12，起稳定背压的作用，背压的高低用调节阀11调节。
罐前的调节阀用作急速调节，罐后的调节阀作缓慢调节，为减少震动，真空罐与真空泵之间用软管13连接。
在实验中必须观测四个变量：（1）测压孔所在截面至喷管进口的距离_；（2）气流在该截面上压力P；（3）背压Pb；（4）流量m。
这些变量除可分别用位移指针的位置、移动真空表，背压真空表及 U形管压差计的读数来显示读出外，还可分别用位移电位器、负压传感器、压差传感器把它们转换为电信号，由计算机显示并绘出实验曲线。
位移电位器将在螺杆之旁，它实际上是一只滑杆变阻器。
负压传感器和压差传感器分别装在真空表和U形管压差计附近，其内部结构为一直流电桥，压力和压差改变时将改变电桥中两臂的电阻，从而获得电桥的不平衡电压输出。
热力学喷管实验指导书
空气在喷管中流动性能测定实验一、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： dx d ρ dx d ρ （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>dx dA 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 0=m q P2=0时 0=m q ，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：1112000min max ,)12(12V P A q k m ⋅++=-γγγ 临界压力Pc 为：11000)12(P P c ⋅+=+γγγ将0γ=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。
工程热力学实验指导书：实验三 空气在喷管内流动性能测定实验
实验三 空气在喷管内流动性能测定实验一、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，加深临界状态参数、背压、出口压力等基本概念的理解。
（2）测定不同工况（b p >cr p ,cr b p p =,cr b p p <）下，气流在喷管内流量m的变化，绘制s b p p m- 曲线；分析比较max m 的计算值和实测值；确定临界压力cr p 。
（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 X x-关系曲线，分析比较临界压力的计算值和实测值。
二、实验类型综合性实验 三、实验仪器本实验装置由实验本体、真空泵及测试仪表等组成。
其中实验本体由进气管段，喷管实验段（渐缩喷管与渐缩渐扩喷管各一），真空罐及支架等组成，实验装置系统图见图3.1，采用真空泵作为气源设备，装在喷管的排气侧。
喷管入口的气体状态用测压计6和温度计7测量。
气体流量用风道上的孔板流量计2测量。
喷管排气管道中的压力p 2用真空表11测量。
转动探针移动机构4的手轮，可以移动探针测压孔的位置，测量的压力值由真空表12读取。
实验中要求喷管的入口压力保持不变。
风道上安装的调节阀门3，可根据流量增大或减小时孔板压差的变化适当开大或关小调节阀。
应仔细调节，使实验段1前的管道中的压力维持在实验选定的数值。
喷管排气管道中的压力p 2由调节阀门3控制，真空罐13起稳定排气管压力的作用。
当真空泵运转时，空气由实验本体的吸气口进入并依次通过进气管段，孔板流量计，喷管实验段然后排到室外。
喷管各截面上的压力采用探针测量，如图3.2所示，探针可以沿喷管的轴线移动，具体的压力测量是这样的：用一根直径为1.2mm 的不锈钢制的探针贯通喷管，起右端与真空表相通，左端为自由端（其端部开口用密封胶封死），在接近左端端部处有一个0.5mm 的引压孔。
显然真空表上显示的数值应该是引压孔所在截面的压力，若移动探针（实际上是移动引压孔）则可确定喷管内各截面的压力。
喷管实验指导书(2010.11.24)
喷管实验指导书一、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形管压差计或差压传感器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（罐前）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，见图二和图四。
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φ1.0）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”下方的指针在“喷管轴向坐标板”（在图中未画出）上所指的位置来确定。
气体经渐缩喷管和缩放喷管的流动
到
、 。如图7-1(b)所示，取包围压缩波的控制面，根据连续性
条件，在 时间内流入和流出该控制面的气体质量应该相等，即 T
d T dT
dt
cAdt (c dV )( d)Adt
化简后，得
dV
cd d（7-1）
由于压缩波很薄，作用在该波上的摩擦力可以忽略不计。于是对于控制面，
根据动量定理，沿气体流动的方向，质量为 的气体的动量变化率等于作
在式（7-3）的推导过程中，并未对介质提出特殊要求，故该式既适用于气体， 也适用于液体，乃至适用于一切弹性连续介质。不同介质的压缩性不同，压缩 性小的扰动波传播速度高，压缩性大的扰动波传播速度低，因此声速值反映了 流体可压缩性的大小。
式(7-3)是声速的通用表达式，要计算某种流体中具有的声速值，尚需确定
逆流传播，相对气流传播的扰动波面是一串不同心
的球面波。如果不考虑微弱扰动波在传播过程中的
损失，随着时间的延续，扰动仍可以传遍整个流
场。也就是说，微弱扰动波在亚声速气流中的传播
也是无界的。
2021/4/18
工程流体力学
返202回1/4/(118 ) (2)
图7-2 微弱扰动波工在程流静体力止学 气体中的传播 返回(3) (4)
，密度和温度也相应增加到
和
。
p
p dp
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T
dV
工程流体力学
d
T dT
2021/4/18
图7-1 微弱扰工动程流波体的力学一维传播
显然，这是不定常流动。为了得到定常流动，可以设想观察者随波面
mn一起以速度c向右运动。气体相对于观察者定常地从右向左流动，经过
波面速度由c降为c-dv，而压强由p升高到p+dp，密度和温度由 、 增加
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。
(1)空气进入一渐缩喷管.
计算题（1）空气进入一渐缩喷管，进口参数p1＝0.6MPa，T1=600K,背压p b=0.2MPa，若喷管出口截面积A2＝25平方厘米，试求：出口流速C12；喷管流量qm。
（2）两股压力相同的空气流，一股气流温度t1＝400℃，流量qm1＝120kg/h；另一股气流温度t2=150℃，流量qm2=210kg/h，令两股气流先绝热等压混合，然后用T r=5O0℃的热源将此混合气流等压加热至t4＝4O0℃以满足工艺需要。
计算：①绝热混合后的气流温度；②绝热混合过程的熵变；③混合气流加热至t4每小时所需热量；④混合气流加热过程不等温传热的熵产和可用能（有效能，作功能力）损失（环境温度T O ＝300K）。
（3）压力为0.1MPa，温度为20℃的空气进入压缩机，绝热压缩至0.6MPa后排入贮气筒。
①试问压缩机空气出口温度能否是180℃？②若将空气绝热压缩至0.6MPa，250℃，试问绝热效率是多少？可用能（作功能力，有效能）损失为多少？并用T－s图表示之（环境温度t o＝20℃）。
③压缩机在吸气状态下的吸气量为100立方米每小时，试求在②清况下的压缩机功率为多少？（4）某蒸汽动力厂按一级抽汽回热（混合式）理想循环工作。
如图所示，已知新蒸汽参数p1＝40MPa，t1=420℃，汽轮机排汽压力p2＝0.007MPa，抽汽压力p A=0.4MPa，忽略泵功。
试求：①定性画出循环的T-s及h－s图；②抽汽系数；③循环吸热量q l，放热量q2及输出净功w net；④循环热效率；⑤相应朗肯循环的热效率。
（5）定压加热燃汽轮机装置及p－v图如图示已知p1＝100000Pa，T1＝290K，T3＝900K，p2/p1=5.5。
假设工质为空气，比热容为定植，各过程都是可逆的，试求：①画出循环的T-s图；②循环吸热量和放热量；③压气机和燃气轮机功量及循环净功量；④循环热效率；⑤考虑压气机绝热效率为0.85时的循环热效率和作功能力损失（不可逆损失，有效能损失），井将此损失定性表示在T－s图上，设环境大气温度为290K。
喷管实验指导书(西安交通大学)
p cr
图 3-1 渐缩喷管中的压力分布图 1—p2 = pcr 的情况；2、3、4—p2>pcr 的情况；5—p2<pcr 的情况 当背压 pb pcr 时， 气体流经渐缩喷管的出口截面压力 p2 pb pcr ， 流速 c f 2 ccr ， 流 量达到最大即 qm qm ,max ，气流在渐缩喷管内充分膨胀，压力变化如图 3-1 中曲线 1 所示。 当背压 pb 小于 pcr 时，根据工程热力学教材中对定熵流动的分析，在截面积单纯收缩的 渐缩喷管中， 出口截面压力 p2 不能降至 pcr 以下， 所以在喷管出口截面仍有 p2 pcr ， c f 2 ccr ，
图 3- 6 缩放喷管
图 3- 7 喷管各截面压力分布测量曲线
3.2.4 实验的自动化测试原理
实验测量时， 压力和位移通过传感器变换为电信号， 经放大、 模数转换后由计算机采集。 计算机输出控制信号进行数模转换后驱动继电器，可以控制电机正转、反转和静止。计算机 通过采集的位移信号自动判断目前探针位置，并执行相应动作，从而实现自动测量。数据和 曲线的显示、存储、打印及其它功能由程序实现。 实验测试系统见图 3- 8。
qm qm ,max 。气流在喷管中膨胀不足，流出喷管后将自由膨胀，从 p2 pcr 降至 pb 。这部分
压降无相应的渐扩通道引导，不能增加流速，而是在自由膨胀中不可逆地损耗了。管外的自 由膨胀已不遵守定熵流动规律，以图 3-1 中波形曲线 5 示意。 本实验所用工质为空气， 利用真空泵制造一低于大气压力的喷管背压， 使空气流经实验 管道及渐缩喷管。改变背压 pb ，测定喷管出口截面压力 p2 和流量，通过 5 个工况的实验测 试和分析讨论，达到巩固、理解教材及上述原理的目的。