噴管實驗裝置實驗指導書

一、實驗目的
1.驗證并進一步對噴管中氣流基本規(guī)律的理解。牢固樹立臨界壓力、臨界流速和最大流量等噴管臨界參數(shù)的概念。
2.掌握噴管實驗裝置的實驗原理、實驗方法和操作步驟，比較熟練地用熱工儀表測量壓力（負壓）、壓差及流量。
3.測量并繪制噴管內(nèi)的壓力分布曲線及流量曲線，做出定性的解釋。
二、實驗原理
噴管是一些熱工設備的重要部件，這些設備的工作過程和噴管中氣體的流動過程有密切的關系。實驗觀察氣流完全膨脹時沿噴管各界面的壓力變化，測定流量曲線和臨界壓力比，可以幫助了解噴管中氣體流動現(xiàn)象的基本特性，并且通過觀察漸縮漸擴噴管中膨脹不足和膨脹過度的現(xiàn)象，還可進一步了解工作條件對噴管中流動過程的影響。

三、實驗裝置
本實驗裝置由實驗本體（含進氣管段、噴管試驗段、真空罐及支架等）、真空泵、測量儀表等組成，如圖1-0所示。測試系統(tǒng)主要是常規(guī)熱工測量儀表（真空表、U型管壓差計）及電子測試系統(tǒng)（傳感器、放大器、計算機等），可以手動測量，也可以由計算機自動測量，本實驗以手動測量進行。
真空泵運轉時，空氣自實驗本體的吸氣口進入，一次通過進氣管段、孔板流量計、噴管，最后排至室外。

1-入口段 2-U型管壓差計 3-孔板流量計 4-噴管試驗段 5-真空表6-支撐架 7-穩(wěn)壓罐 8、9-調(diào)節(jié)閥 10-真空泵 11-探針自動移動機構 12-探針手動移動機構（手槍） 13-橡膠接管

圖1-0 噴管試驗設備結構圖

噴管軸向截面上的壓力是用直徑為1.2mm的不銹鋼管制的探針貫通噴管，其右端與真空表連通，左端為自由端（其端部開口用密封膠封死），在接近左端前端的側面鉆有一個0.5mm的引壓孔。顯然，真空表上顯示的數(shù)值就是引壓孔所在截面的靜壓力。移動探針（實際是移動引壓孔），從而達到測定噴管內(nèi)各截面的壓力之目的。
噴管的背壓由固定在排氣管段上的真空表測定，通過噴管的空氣流量則由孔扳流量計及U型管壓差計測定。
四、操作步驟
1. 裝上所需的噴管（漸縮噴管或縮放噴管），用“坐標校準器”調(diào)好“位移坐標扳”的基準位置。
2. 打開罐前調(diào)節(jié)閥，將真空泵的飛輪盤車1~2轉，一切正常后，全開罐后調(diào)節(jié)閥，打開冷卻水閥。然后啟動真空泵。
3. 測量軸向壓力分布。計算機顯示的不同位置的壓力分布見圖1-1。
3.1手動測量部分
3.1.1 用罐前的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)背壓至一定值（見真空表讀數(shù)），并記下該數(shù)值。
3.1.2轉動手槍，使測壓探針向出口方向移動。每移動一定距離（一般約2~3mm）便停一下，記下該測點的坐標位置及相應的壓力值，一直測至噴管出口之處。于是便得到一條在這一背壓下噴管的壓力分布曲線。
3.1.3 若要作若干條壓力分布曲線，只要改變其背壓值并重復步驟1~2即可。
3.2軟件測量部分
3.2.1 計算機進入測量“壓力位移曲線”界面，按下電極行進開關按鈕，使“位移指示指針”對準“位移坐標板”的零刻度。

圖1-1 壓力--位移曲線

3.2.2 開啟真空泵，調(diào)整罐前的調(diào)節(jié)閥，使噴管的背壓為某個值。按下數(shù)據(jù)采集開關，這時，壓力位移曲線會隨著電機的行進漸漸的在計算機屏幕中顯示出來，同時，還會顯示當前的位移與負壓值。當水平位移值達到50毫米時，電機會自動停止，并給出相應的提示。
3.2.3 若按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕，整條曲線數(shù)據(jù)將會保存起來。
3.2.4 若按下“暫存曲線”按鈕，整條曲線會被暫存起來，這樣做的目的是為了在同一坐標下顯示多條曲線。
3.2.5 若按下“制作報告”按鈕，當前的所有的實驗參數(shù)和測量數(shù)據(jù)將會在EXCEL顯示出來，同時還會把測量曲線給EXCEL，結果見圖1-2。

圖1-2 坐標點的生成

3.2.6 若調(diào)整罐前的調(diào)節(jié)閥，改變噴管的背壓值，重復以上步驟，便可得到一組位移壓力曲線見圖1-1。
4.壓力流量曲線測試
4.1手動測量部分
4.1.1 把測壓探針的引壓孔移至出口截面之外，打開罐后調(diào)節(jié)閥，關閉罐前調(diào)節(jié)閥，啟動真空泵。
4.1.2 用罐前調(diào)節(jié)閥調(diào)背壓，每變化20~30mmHg便停頓一下，同時將背壓值和U型管壓差計的讀書記下來。當背壓升到某一值時，U型管壓差計的液柱便不再變化（即流量已達到了最大值）。此后盡管不斷的提高背壓，但U型管壓差計的液柱仍保持不變，這時再測2~3點，至此，流量測量即可結束。漸縮噴管和縮放噴管的流量曲線見圖1-3。

圖1-3 壓力流量曲線

4.2軟件測量部分
4.2.1 計算機進入測量“壓力流量曲線”界面。按下電機進行開關按鈕，將“位移指示指針”移至“位移坐標板”大約40毫米刻度處。
4.2.2 逐漸關閉罐后的壓力調(diào)節(jié)閥，按下數(shù)據(jù)采集開關，這時，壓力流量曲線會隨著壓力調(diào)節(jié)閥漸漸的關閉在計算機屏幕中顯示出來，同時，還會顯示當前的壓差值與流量值。
4.2.3 當罐后的壓力調(diào)節(jié)閥徹底關閉時，屏幕上會顯示一條完整的壓力流量曲線。結果參見圖1-3。
打開罐前調(diào)節(jié)閥，關閉罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空罐充氣；3分鐘后關閉真空泵，立即打開罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空泵充氣（防止回油）；最后關閉冷卻水閥門。

表1-1 位移壓力表

位移x	0mm	5mm	10mm	15mm	20mm	25mm	30mm	35mm	40mm	45mm
表1
表2
p/p₁

表1-2 壓力流量表

表1
表2

六、實驗報告
1.以測壓探針孔在噴管內(nèi)的位置（x）為橫坐標，以p/p₁為縱坐標，繪制不同背壓噴管內(nèi)壓力分布曲線。
2.以壓力比p_b/p₁為橫坐標，流量

為縱坐標，繪制流量曲線。
3.根據(jù)條件計算噴管最大流量的理論值，并與實驗值比較。

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