噴管特性實驗指導書

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。測試系統主要是常規熱工測量儀表（真空表、U型管壓差計）及電子測試系統（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-穩壓罐 8、9-調節閥 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”調好“位移坐標扳”的基準位置。
2. 打開罐前調節閥，將真空泵的飛輪盤車1~2轉，一切正常后，全開罐后調節閥，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 用罐前的調節閥調節背壓至一定值（見真空表讀數），并記下該數值。
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，調整罐前的調節閥，使噴管的背壓為某個值。按下數據采集開關，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“保存數據”按鈕，整條曲線數據將會保存起來。
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和測量數據將會在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 若調整罐前的調節閥，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，打開罐后調節閥，關閉罐前調節閥，啟動真空泵。
4.1.2 用罐前調節閥調背壓，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節閥，按下數據采集開關，這時，壓力流量曲線會隨著壓力調節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 當罐后的壓力調節閥徹底關閉時，屏幕上會顯示一條完整的壓力流量曲線。結果參見圖1-3。
打開罐前調節閥，關閉罐后調節閥，讓真空罐充氣；3分鐘后關閉真空泵，立即打開罐后調節閥，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的位置（x）為橫坐標，以p/p₁為縱坐標，繪制不同背壓噴管內壓力分布曲線。
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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