2)缩放喷管
缩放喷管的喉部dA?0,因此气流可以达到声速(cf?c);扩大段(dA?0),出口截面的流速可超声速(cf?c),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(qmmax)。
气流在扩大段能做完全膨胀,这时出口截面处的压力称为设计压力(pd)。缩放喷管随工作背压不同,亦可分为三种情况:
A—背压等于设计背压(pb?pd)时,称为设计工况。此时气流在喷管中能完全膨胀,流量达到最大流量。在喷管喉部,压力达到临界压力,速度达到声速。在扩大段转入超声速流动,出口截面的压力与背压相等(p2?pb?pd)。
B—背压低于设计背压(pb?pd)时,气流在喷管内仍膨胀到设计压力。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,流量仍为最大流量。
C—背压高于设计背压(pb?pd)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。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。
缩放喷管的流通特性如图6、图7所示。
5、实验步骤
分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤: 5.1 装好喷管。
5.2 对真空泵做开车前检查(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几周,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。 5.3 测量轴向压力分布:
1)把测压探针的引压孔移至进口截面之外,用罐前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。
5.4 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20—30mmHg柱,稳定后记录背压值和U型管压差计的读数。当背压升高到某一值时,U型管压差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型管压差计的液柱仍保持不变,这时测2—3点。至此,流量测量即可完成。
5.5 接通电测仪器,分别记录qm?pb曲线和p?x 曲线。 5.6 停车。
实验结束后的设备操作:打开罐前调节阀,关闭罐后调节阀,让真空罐充气;3分钟后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)。最后关闭冷却水阀门。 5.7 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)技术数据及绘制的图形等记入附表内。
6、实验注意事项
真空泵在停机前,先关闭真空罐出口的调节阀,让真空罐充气。关停真空泵后,立即打开此阀(真空泵上装有充气阀的还可打开充气阀),让真空泵充气。这样做,一方面防止真空泵回抽,以免损坏用非耐油橡胶制成的减震软管。另方面有利于真空泵下次的启动。
7、实验纪录及报告
7.1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):
p?pa?pv (5)
式中: pa—大气压力(mmbar); pv—真空度。
(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:
p1?pa?0.97?p (6)
(3)由式(5)、(6)可得到临界压力pc?0.528p1,在真空表上的读数(即用真空度表示)为:
pc(v)?0.0472pa?0.51?p (7)
计算时,式中各项必须用相同的压力单位。(大致判断,pc(v)约为380mmHg)。
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:
qm?1.373?10?4?p?????? (kg/s)
式中:
?—流速膨胀系数;
??1?2.873?10?2?—气态修正系数;
?p pa??o.538pa
ta?273?—几何修正系数(约等于1.0);
Δp—U型管压差计的读数(mmH2O); ; ta—大气温度(℃)。 pa—大气压力(mbar)
7.2 实验报告要求
实验报告应包括实验内容、实验要求、实验仪器与设备简介、实验原理、实验步骤以及实验结果处理等内容。实验原始数据应以表格形式汇总整理,必要时绘制实验结果曲线。实验报告要求条理清晰,要求统一用A4打印纸,主要内容应用黑色笔手写完成,严禁打印。
本实验结果处理的具体要求为:
1) 以测压探针孔在喷管中的位置(x) 为横坐标,以的压力分布曲线。
2) 以压力比
p为纵坐标,绘制不同工况下p1pb为横坐标,流量qm为纵坐标,绘制流量曲线。 p13) 根据条件,计算喷管最大流量的理论值,并与实验值比较。
8、思考题
1分析和比较用实验和计算值分别绘出的渐缩喷管的压力分布曲线以及流量分布曲线的差异。
2分析和比较用实验和计算值分别绘出的缩放喷管的压力分布曲线以及流量分布曲线的差异。