空气在喷管中流动性能的测定 实验指导书 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 教学实验中心 2005年4月 实验目的 通过实验,巩固并加深对临界状态、临界压力、背压、初压、最大流量等概念的理解 2.巩固和验证有关喷管基本理论,掌握不同形式喷管的机理; 3.掌握不同形式的喷管中,各截面上流速、压力及流量随背压的变化规律; 4.综合掌握气流在喷管中流速、流量、压力等参数的测试方法。 实验内容 以大气为气源,采用真空泵为动力,初压不变P1,改变背压Pb,分别对渐缩喷管和缩放喷管进行下列 实验 观察不同工况下气流沿喷管各截面的压力变化,着重观察临界压力和最大流量现象 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-组p-X曲线;分别比 较临界压力pc的计算值与实验值;观察和记录Pc出现在啧管中的位置。 3.测定不同工况时,气流在啧管中的流量m;绘制m-Pb曲线。 比较最大流量mmax的计算值和实验值,确定临界压力pc
空气在喷管中流动性能的测定 实验指导书 西安建筑科技大学环境与市政工程学院 教学实验中心 2005年4月 一、实验目的 1 ．通过实验，巩固并加深对临界状态、临界压力、背压、初压、最大流量等概念的理解； 2 ．巩固和验证有关喷管基本理论，掌握不同形式喷管的机理； 3 ．掌握不同形式的喷管中，各截面上流速、压力及流量随背压的变化规律； 4 ．综合掌握气流在喷管中流速、流量、压力等参数的测试方法。 二、实验内容 以大气为气源，采用真空泵为动力， 初压不变 p 1 , 改变背压 p b ， 分别对渐缩喷管和缩放喷管进行下列 实验： 1 ．观察不同工况下气流沿喷管各截面的压力变化，着重观察临界压力和最大流量现象。 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 c 的计算值与实验值；观察和记录 p c 出现在喷管中的位置。 3 ．测定不同工况时 , 气流在喷管中的流量 m ；绘制 m - p b曲线。 4 ．比较最大流量 m max 的计算值和实验值，确定临界压力 p c
5.通过理论计算,绘制出理论上的m-Pb曲线和p-X曲线,并与所测定的m-pb曲线和p-X曲线相 比较,分析异同点及原因 三、实验方案确定 (一)请同学们思考并回答下列向问题 l·渐缩和缩放喷管出口截面压力p2与背压pb之间有何关系? 2·何谓喷管的临界状态?临界压力pc如何确定?渐缩喷管的岀口截面压力p2能降到临界压力pc以下 吗?缩放喷管的ρ2能降到pc以下吗?渐缩和缩放喷管的临界压力pc各岀现的位置在何处? 3·沿着气流在渐缩和缩放喷管的流动方向,其各截面上的压力、流速、温度如何变化? 4·喷管中各截面的气流流量相同吗?如果喷管的背压下降,其中流量是否会不断地增大?在入口初压不 变的条件下,喷管中的流量随背压的变化规律如何? (二)实验室可以利用的实验装置有 实验装置由实验台本体、真空泵组成。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。真空泵是1401型,排气量为3200升分 m 图1.喷管实验台 1.进气管2空气吸入口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.可移动奚空表9手轮螺杆杋构10.背压真空表11.背压用调节阀 12.真空罐13软管接头
5 ．通过理论计算 , 绘制出理论上的 m - p b 曲线和 p - X 曲线，并与所测定的 m - p b 曲线和 p - X 曲线相 比较，分析异同点及原因。 三、实验方案确定 （一）请同学们思考并回答下列问题 1• 渐缩和缩放喷管出口截面压力 p 2 与背压 p b 之间有何关系 ? 2• 何谓喷管的临界状态 ? 临界压力 p c 如何确定 ? 渐缩喷管的出口截面压力 p 2 能降到临界压力 p c 以下 吗 ? 缩放喷管的 p 2 能降到 p c 以下吗 ? 渐缩和缩放喷管的临界压力 p c 各出现的位置在何处 ? 3• 沿着气流在渐缩和缩放喷管的流动方向，其 各截面上的压力、流速、温度如何变化？ 4• 喷管中各截面的气流流量相同吗 ? 如果喷管的背压下降，其中流量是否会不断地增大？在入口初压不 变的条件下，喷管中的流量随背压的变化规律如何？ （二）实验室可以利用的实验装置有： 实验装置由实验台本体、真空泵组成。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 。真空泵是1401型，排气量为3200升/分
(三)实验方案的制定 结合前面的问题以及实验的目的和内容,思考并确定自己的实验方案,制作实验测试数据记录表,实验用 工质为空气。 实验所依据的原理是:在稳定流动中,任何截面上质量流量都相等,且不随时间变化。若降低背压,使 渐缩喷管的岀口压力p2或缩放喷管的喉部压力ρ降至临界压力时,喷管中的流量达最大值;喷管中的流 量m一旦到达最大值,再降低背压pb,流量m保持不变,流量m随背压pb的变化。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Pb不再是pc,而应是某一压力pf。 提示: 1.喷管中的流量可利用流过孔扳流量计和辅助的U型管压差计读岀并算获得; 2.喷管各截面上的压力可利用测压探针插入喷管内进行测量,探针可连接至可移动标准真空表测得,其 移动可通过手轮螺杄机构实现。 3.实验室如图2、3所示的两种形式的由有机玻璃制成的渐缩和缩放喷管,喷管形状确定,喷管的变 换可松开夹持法蓝上的螺拴,向左推开进气管的三轮支架来实现。 4.背压可通过安装在真空罐前后的背压调节阀调节。在喷管后的排气管上安装有背压真空表和起稳定背压 作用的真空罐,罐内的真空度通过背压调节阀来调节,为减少振动,真空罐与真空泵之间应用软管连接。 维托辛斯林由线 N处 N N人 N 处 图2.渐缩喷管 图3.缩放喷管 四、实验步骤 分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤」 1.装好喷管
（三）实验方案的制定 结合前面的问题以及实验的目的和内容 , 思考并确定自己的实验方案，制作实验测试数据记录表，实验用 工质为空气。 实验所依据的原理 是：在稳定流动中，任何截面上质量流量都相等，且不随时间变化。若降低背压，使 渐缩喷管的出口压力 p 2 或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；喷管中的流 量 m 一旦到达最大值，再降低背压 p b ，流量 m 保持不变，流量 m 随背压 p b 的变化。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 c ，而应是某一压力 p f 。 提示： 1. 喷管中的流量可利用流过孔扳流量计和辅助的 U 型管压差计读出并算获得； 2 ．喷管各截面上的压力可利用测压探针插入喷管内进行测量，探针可连接至可移动标准真空表测得，其 移动可通过手轮螺杆机构实现。 3 ．实验室如图 2 、 3 所示的两种形式的由有机玻璃制成的渐缩和缩放喷管，喷管形状确定 ， 喷管的变 换可松开夹持法蓝上的螺拴，向左推开进气管的三轮支架来实现。 4. 背压可通过安装在真空罐前后的背压调节阀调节。在喷管后的排气管上安装有背压真空表和起稳定背压 作用的真空罐，罐内的真空度通过背压调节阀来调节，为减少振动，真空罐与真空泵之间应用软管连接。 四、实验步骤 分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤； 1. 装好喷管
2.对真空泵作开车前检查(检查传动系统、油路、水路)。检查无问题后打开背压调节阀,用手转动真空 泵飞轮一周,去掉气缸中过量的油,开启电动机,当达到正常转速后可开始实验。 3.将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动,此时p2=pb,改变调节阀开度,调 节背压pb至p1开始逐渐降低,记录在不同pb下的孔板压差Δp值,以备计算流量及绘制m-pb曲线,实验 时注意记下Δp开始达到最大值的pb,以求得pc及pf值。 4.调节不同的pb,摇动手轮,使X自喷管进口逐步移至出口外段距离,记录不同X值下的p值,以 测绘不同工况下的pX曲线。 5.停车 6.认真做好原始记录 (1)设备数据记录:设备名称、型号、规格等 (2)常规数据记录:当地大气压力、室温、实验环境状况。 (3)记录技术数据,并整理绘制的图形等 五、实验数据整理 因进气管中气流速度很低,在最大流量时,其数量级是1m所以可以近似认为初压p1和初温t 即是气流的总压和总温。初温等于大气温庋t,初压p1略低于大气压"可按 p1=p-0.97△p 计算 2.孔板流量计流量的计算公式为: m=1.373×104apεBy 式中5一流速腾胀系数,E=1-1373×10+22 B-气态修正系数,6=0.0583 +273.15 一几何修正系数(需标定,本试验条件下=1) △P一U型压差计读数(mmH2O) p一大气压力(Pa t一大气温度(℃) 六、实验报告 实验报告应包括以下内容 简述实验原理与过程
2. 对真空泵作开车前检查 ( 检查传动系统、油路、水路 ) 。检查无问题后打开背压调节阀，用手转动真空 泵飞轮一周，去掉气缸中过量的油，开启电动机，当达到正常转速后可开始实验。 3. 将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时 p 2 = p b ，改变调节阀开度，调 节背压 p b 至 p 1 开始逐渐降低，记录在不同 p b 下的孔板压差 Δ p 值，以备计算流量及绘制 m-p b 曲线，实验 时注意记下 Δ p 开始达到最大值的 p b ，以求得 p c 及 p f 值。 4 ．调节不同的 p b ，摇动手轮，使 X 自喷管进口逐步移至出口外一段距离，记录不同 X 值下的 p 值，以 测绘不同工况下的 p-X 曲线。 5 ．停车。 6 ．认真做好原始记录。 (1) 设备数据记录：设备名称、型号、规格等。 (2) 常规数据记录：当地大气压力、室温、实验环境状况。 (3) 记录 技术数据，并整理绘制的图形等。 五、实验数据整理 六、实验报告： 实验报告应包括以下内容 1. 简述实验原理与过程；
2.各种数据的原始记录; 3.实验结果整理后的数据,包括最大流量mmax、临界压力pc,以及p-X曲线、m-pb曲线,分析实验 值与计算值,分析测定曲线与函数记录仪绘制曲线异同点及其产生原因; 4.通过实验的收获体会及对实验的改进意见。 注:1.在实验报告中原始数据记录表式二份,一份为渐缩喷管,一份为缩放喷管的记录。 2.实验曲线用方格纸绘制(也可利用 Microsoft Excel软件绘制后,打印出来),一张为渐缩喷管,另一张 为缩放喷管。记录仪绘制曲线另附页
2. 各种数据的原始记录； 3. 实验结果整理后的数据，包括最大流量 m max 、临界压力 p c ，以及 p-X 曲线、 m-p b 曲线，分析实验 值与计算值，分析测定曲线与函数记录仪绘制曲线异同点及其产生原因； 4. 通过实验的收获体会及对实验的改进意见。 注：1. 在实验报告中原始数据记录表一式二份，一份为渐缩喷管，一份为缩放喷管的记录。 2. 实验曲线用方格纸绘制（也可利用 Microsoft Excel 软件绘制后，打印出来），一张为渐缩喷管，另一张 为缩放喷管。记录仪绘制曲线另附页