喷管实验装置实验指导书

一、实验目的
1.验证并进一步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.掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3.测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、实验原理
喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切的关系。实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。


三、实验装置
本实验装置由实验本体（含进气管段、喷管试验段、真空罐及支架等）、真空泵、测量仪表等组成，如图1-0所示。测试系统主要是常规热工测量仪表（真空表、U型管压差计）及电子测试系统（传感器、放大器、计算机等），可以手动测量，也可以由计算机自动测量，本实验以手动测量进行。
真空泵运转时，空气自实验本体的吸气口进入，一次通过进气管段、孔板流量计、喷管，最后排至室外。

1-入口段 2-U型管压差计 3-孔板流量计 4-喷管试验段 5-真空表6-支撑架 7-稳压罐 8、9-调节阀 10-真空泵  11-探针自动移动机构  12-探针手动移动机构（手枪） 13-橡胶接管

喷管轴向截面上的压力是用直径为1.2mm的不锈钢管制的探针贯通喷管，其右端与真空表连通，左端为自由端（其端部开口用密封胶封死），在接近左端前端的侧面钻有一个0.5mm的引压孔。显然，真空表上显示的数值就是引压孔所在截面的静压力。移动探针（实际是移动引压孔），从而达到测定喷管内各截面的压力之目的。
喷管的背压由固定在排气管段上的真空表测定，通过喷管的空气流量则由孔扳流量计及U型管压差计测定。
四、操作步骤
1. 装上所需的喷管（渐缩喷管或缩放喷管），用“坐标校准器”调好“位移坐标扳”的基准位置。
2. 打开罐前调节阀，将真空泵的飞轮盘车1~2转，一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀。然后启动真空泵。
3. 测量轴向压力分布。计算机显示的不同位置的压力分布见图1-1。
3.1手动测量部分
3.1.1 用罐前的调节阀调节背压至一定值（见真空表读数），并记下该数值。
3.1.2转动手枪，使测压探针向出口方向移动。每移动一定距离（一般约2~3mm）便停一下，记下该测点的坐标位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之处。于是便得到一条在这一背压下喷管的压力分布曲线。
3.1.3 若要作若干条压力分布曲线，只要改变其背压值并重复步骤1~2即可。
3.2软件测量部分
3.2.1 计算机进入测量“压力位移曲线”界面，按下电极行进开关按钮，使“位移指示指针”对准“位移坐标板”的零刻度。

图1-1  压力--位移曲线

3.2.2 开启真空泵，调整罐前的调节阀，使喷管的背压为某个值。按下数据采集开关，这时，压力位移曲线会随着电机的行进渐渐的在计算机屏幕中显示出来，同时，还会显示当前的位移与负压值。当水平位移值达到50毫米时，电机会自动停止，并给出相应的提示。
3.2.3 若按下“保存数据”按钮，整条曲线数据将会保存起来。
3.2.4 若按下“暂存曲线”按钮，整条曲线会被暂存起来，这样做的目的是为了在同一坐标下显示多条曲线。
3.2.5 若按下“制作报告”按钮，当前的所有的实验参数和测量数据将会在EXCEL显示出来，同时还会把测量曲线给EXCEL，结果见图1-2。

图1-2 坐标点的生成

3.2.6 若调整罐前的调节阀，改变喷管的背压值，重复以上步骤，便可得到一组位移压力曲线见图1-1。
4.压力流量曲线测试
4.1手动测量部分
4.1.1 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。
4.1.2 用罐前调节阀调背压，每变化20~30mmHg便停顿一下，同时将背压值和U型管压差计的读书记下来。当背压升到某一值时，U型管压差计的液柱便不再变化（即流量已达到了最大值）。此后尽管不断的提高背压，但U型管压差计的液柱仍保持不变，这时再测2~3点，至此，流量测量即可结束。渐缩喷管和缩放喷管的流量曲线见图1-3。 

图1-3 压力流量曲线

4.2软件测量部分
4.2.1 计算机进入测量“压力流量曲线”界面。按下电机进行开关按钮，将“位移指示指针”移至“位移坐标板”大约40毫米刻度处。
4.2.2 逐渐关闭罐后的压力调节阀，按下数据采集开关，这时，压力流量曲线会随着压力调节阀渐渐的关闭在计算机屏幕中显示出来，同时，还会显示当前的压差值与流量值。
4.2.3 当罐后的压力调节阀彻底关闭时，屏幕上会显示一条完整的压力流量曲线。结果参见图1-3。
打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气；3分钟后关闭真空泵，立即打开罐后调节阀，让真空泵充气（防止回油）；最后关闭冷却水阀门。

表1-1  位移压力表

表1-2  压力流量表

表1
表2

六、实验报告
1.以测压探针孔在喷管内的位置（x）为横坐标，以p/p₁为纵坐标，绘制不同背压喷管内压力分布曲线。
2.以压力比p_b/p₁为横坐标，流量为纵坐标，绘制流量曲线。
3.根据条件计算喷管最大流量的理论值，并与实验值比较。