进行等温线实验所需时间 分钟
五、 实验报告的要求 六、思考题
七、 实验设备及器材
分钟 钟 分
实验四 喷管特性实验
一、 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，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。实验台由进气口、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、测量系统等几部分组成，见图4-1。
图4-1 喷管实验台组成简图
1.进气口 2.U形管压差计 3.孔板流量计 4.压差传感器 5.有机玻璃喷管 6.测压探压针 7.背压真空表 8.背压传感器 9.截面可移动真空表 10.截面可移动传感器 11.电机螺杆移动机构 12.位移传感器 13.背压用调节阀 14.真空罐前截止阀 15.软管连接头 16.真空储气罐 17.可更换有机玻璃喷管移动架。
进气管为ф57×3无缝钢管，内径φ50。.空气经吸气口进入进气管，流过孔板流量计孔板孔径φ7毫米，采用角接环室取压。流量的大小可从U形管压差计读出（带微机接口可同时在压差传感器经采集卡在计算机里读出）；喷管用有机玻璃制成，配渐缩喷管和缩放喷管各一只，见图2和4。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压针（外径φ1.2）连至“可移动真空表”测得，它们的移动通过螺杆机构移动，标尺实现。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
3
压力由背压用调节阀调节；真空储气罐直径φ400，体积0.118m。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： MH-2/50型 排气量3200升/分
四、 实验原理
1．喷管中气流的基本规律 （1）由能量方程：
dq?dh?12dc 2及 dq?dh??dp
可得 ??dp?cdc (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：
A1?c1?1有
?A2?c2?2????????A?c??常数
dAd?dc?? A?c及过程方程
p?k?常数
kd???dp p有
?根据 ??dp?cdc
c ，而a?kp? adAdc?(M2?1) (2) 得： Ac 马赫数M?显然，当来流速度 M?1 时，喷管应为渐缩型(dA?0)；当来流速度 M?1 时，喷管应为渐扩型(dA?0)。 2．气流动的临界概念
喷管气流的特征是dp?0，dc?0，d??0，三者之间互相制约。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（pc）。临界压力与喷管初压（p1）之比称为临界压力比，有：
??pc p1kk?1经推导可得： ???对于空气，??0.528
?2??k?1?? (3)
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（mmax），或称为临界流量。可由下式确定：
2k?1?mmax?Amin式中：
?2k?2???k?1?k?1??p1?1 (4)
Amin—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。本实验台的二种最小截面积为：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(dA?0)的限制，由式（2）可知：气体流速只能等于或低于音速（C?a）；
图4-2 渐缩喷管
出口截面的压力只能高于或等于临界压力（p2?pc）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（mmax）。根 据不同的背压（pb）， 渐缩喷管可分为三种工况，如图三所示：
?
图4-3 减缩喷管压力分布曲线及流量曲线
A—亚临界工况（pb?pc），此时m ?