【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 因?yàn)? KAm h ?? 0 0 1 1 0 (常數(shù) ) 則任意情況下二氧化碳的比容： 15 KhAmhV ?? 所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得 t=20℃ , p=100ata 時(shí)的 h0值，計(jì)算出 k 值后，其它任意狀態(tài)下的比容 V 值均可求得。 2．列數(shù)據(jù)表及繪制 PV 圖。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算整理后，繪制出實(shí)際 CO2氣體 PV 的關(guān)系圖。 八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求 1． 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)及實(shí)驗(yàn)原理。 2． 記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程的原始數(shù)據(jù)（ 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表）。 3． 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算整理并畫(huà)出二氧化碳 PVt 的關(guān)系圖。 九 、思考題： 1． 為什么加壓時(shí)，要足夠緩慢地?fù)u動(dòng)活塞桿而使加壓足夠緩慢進(jìn)行？若不緩慢加壓， 會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？ 2． 卸壓時(shí)為什么不能直接開(kāi)啟油杯閥門(mén) 。 表 31實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 t=20℃ t=℃ t=40℃ 表壓 p 高度 h 觀察現(xiàn)象 表壓 p 高度 h 觀察現(xiàn)象 表壓 p 高度 h 觀觀察現(xiàn)象 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 99 16 實(shí)驗(yàn) 4 噴管中氣體流動(dòng)基本特性試驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ，了解噴管中氣體流動(dòng) 的基本特性 。 。 。 二、實(shí) 驗(yàn)原理 氣體在噴管的流動(dòng)過(guò)程中，氣體的狀態(tài)參數(shù) P、 V，流速 C 和噴管截面積 f 之間的基本關(guān)系可用下面三個(gè)方程表示： cdcfdfvdvfdfcdcv d pc d cM )1(02 ??????? （ 41） 式中： M 為馬赫數(shù)，是表示氣體流動(dòng)特性的一個(gè)重要特性值。 M1 時(shí)，表明氣體流速小于當(dāng)?shù)匾羲伲?M1 時(shí)，氣體流速大于當(dāng)?shù)匾羲?，氣體作超音速流動(dòng)。 方程指出：氣體流經(jīng)噴管時(shí)，壓力降低，流速增大，噴管的截面積亦隨之變化，而噴管的截面變化情況則取決于Ｍ值． 1) 當(dāng)氣流流速小于音速（即Ｍ 1）時(shí)，欲使流速增大，噴管截面應(yīng)該是收縮的； 2) 當(dāng)氣流流速大于音速（即Ｍ 1）時(shí)，噴管截面應(yīng)該是擴(kuò)放的； 3）當(dāng)流速等于音速時(shí)，噴管截面最小，此處正是氣流流速由亞音速過(guò)渡到超音速，噴管由收縮形過(guò)渡到擴(kuò)放形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這點(diǎn)的參數(shù)稱為噴管的臨界參數(shù)，用腳碼 C 表示，如臨界壓力 PC、臨界流速 CC等等。 1．漸縮噴管 氣體流經(jīng)噴管的膨脹程度可以用噴管的背壓 P2與進(jìn)口壓力 P1之比β表示。 PP12?? 稱為壓力比。而氣體在漸縮噴管中膨脹所能達(dá)到的最低壓力，是使噴管出口的氣流速度達(dá)到當(dāng)?shù)?音速的壓力，即臨界壓力 PC。所以，氣流在漸縮噴管中流動(dòng)時(shí)最大膨脹程度決定于臨界壓力比β C。 PPKPPCCKKCC1)1(1)12(????? ?? （ 42） 并且臨界壓力比只和氣體的絕熱指數(shù) K 有關(guān)。對(duì)于空氣等雙原子氣體 K=，β C=， PC= P1。不同壓力比的工況下，氣流在噴管中流動(dòng)時(shí)的膨脹情況如圖 3— 1 所示。圖中繪出三組曲線。 17 圖 4— 1 漸縮噴管中壓力分布 圖 42 漸縮噴管的流量曲線 1— P2= PC； 2， 3， 4— P2 PC 5— P2 PC 1） 曲線 1： 壓力比等于臨界壓力比（β =β C），即背壓等于臨界壓力（ P2= PC），氣體在噴管中可以由入口壓力 P1 一直膨脹到出口背壓 PC，即進(jìn)行了最充分的完全膨脹。這時(shí)，噴管出口的氣流流速達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲俚臄?shù)值。 2）曲線 4： 壓力比大于臨界壓力比（β β C），即背壓大于臨界壓力（ P2 PC），氣體在噴管中也可以由 P1一直膨脹到 P2，但噴管出口的氣流流速未達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲俚臄?shù)值。 3）曲線 5： 壓力比小于臨界壓力（β β C），即背壓低于臨界壓力（ P2 PC），氣體在噴管中壓力由 P1只能膨脹到 PC，噴管內(nèi)壓力變化情況仍如曲線 1 所示，它不受背壓 P2降低的影響，而氣流一離開(kāi)噴管的出口截面就發(fā)生突然的膨脹，壓力降至 P2，并因而使氣流產(chǎn)生了一部分動(dòng)能損失。此時(shí)，噴管的出口氣流流速仍為當(dāng)?shù)匾羲佟? 通過(guò)漸縮噴管的氣體質(zhì)量流量 m 與壓力比β（ P2/ P1）有關(guān)，計(jì)算公式為： ))12(12(1212112 PPPPvPfKKkKKm????? （ 43） 式中： K— 絕熱指數(shù)； f2－噴管的出口截面積 [m2]； v1— 噴管進(jìn)口截面上氣體的比容 [m3 /kg]； P1， P2— 噴管進(jìn)出口截面上氣體壓力和背壓 [Pa]； 上式適用于 P2≥ PC的情況。當(dāng) P2=PC時(shí)，上式可根據(jù)式（ 2）的關(guān)系整理成為： )((1211122max )12 vpkfmkkk ??? ?? （ 44） 再將 k= 代入此式，則可將進(jìn)一步化簡(jiǎn)為： 18 或 Tpfmvpfm112max112max?? （ 45） （ 5）式表示，噴管的最大質(zhì)量流量值決定于噴管進(jìn)口的氣體狀態(tài)，當(dāng)背壓自臨界壓力繼續(xù)降低時(shí)，噴管的流量將保持最大值而不再變化。在進(jìn)口氣體狀態(tài)不變時(shí)，漸縮噴管通過(guò)的質(zhì)量流量與壓力比的關(guān)系如圖 3— 2 所示。 2 漸縮漸擴(kuò)噴管（拉伐爾噴管） 當(dāng)壓力比低于臨界壓力比（β β C）時(shí)，應(yīng)采用漸縮漸擴(kuò)噴管，以獲得超音速氣流。氣體在漸縮漸擴(kuò)噴管中流動(dòng)時(shí)的膨脹情況可由圖 3— 3所示的三組壓力分布曲線表明。 曲線 1： 噴管在設(shè)計(jì)條件下工作，氣流在噴管中由入口壓力膨脹至背壓，即氣流得到完全膨脹。在最小截面上，壓力為臨界壓力、氣流達(dá)到臨界流 速。在漸擴(kuò)段轉(zhuǎn)入超音速流動(dòng)。 曲線 7： 噴管在非設(shè)計(jì)條件下工作。此時(shí)，噴管的實(shí)際背壓低于設(shè)計(jì)值，氣流發(fā)生膨脹不足，在噴管內(nèi)氣流仍可如設(shè)計(jì)條件一樣（如曲線 1），由入口壓力膨脹至設(shè)計(jì)背壓值，當(dāng)氣流一離開(kāi)出口截面就發(fā)生突然膨脹，壓力降低到實(shí)際背壓值。這部分管外突然膨脹使氣流損失了一部分動(dòng)能 圖 4— 3 漸縮漸擴(kuò)噴管中的壓力分布 曲線 4： 噴管在背壓高于設(shè)計(jì)背壓的 １－在設(shè)計(jì)條件下工作的壓力分布圖； 非設(shè)計(jì)條件下工作。此時(shí)氣流膨脹過(guò)度，氣流在 ２， 3， 4， 5， 6— 膨脹過(guò)度時(shí)壓力分布 圖噴管中膨脹到比外界（實(shí)際）背壓低的壓力，而 7— 膨脹不足時(shí)噴管出口出現(xiàn)的突然膨脹。后由該截面至出口截面氣流發(fā)生壓縮過(guò)程，使出 口截面壓力提高到外界背壓而排出。噴管中開(kāi)始發(fā)生壓縮的（截面）位置隨背壓的提高而向最小截面方面移動(dòng)。當(dāng)背壓提高到某一數(shù)值 P2c時(shí)，噴管中開(kāi)始出現(xiàn)壓縮過(guò)程的位置發(fā)生在最小截面，如曲線 4。 曲線 6： 如果再繼續(xù)提高背壓（ P2 P2C），噴管最小截面上的壓力就不再保持臨界壓力，而隨背壓的升高而升高。這時(shí)氣體在最小截面之前（即漸縮段）的膨脹情況也受背壓改變的影響，各截面上的壓力值均隨 背壓的升高而升高。 漸縮漸擴(kuò)噴管也有像漸縮噴管一樣圖形的流量曲線，當(dāng)β≤β C 時(shí)，出現(xiàn)最大流量。此時(shí)最大流量值仍可用式（ 4）計(jì)算，只是將式中的 f 改為 fmin。即： )((121112minmax )12 vpkfmkkk ??? ?? （ 46） 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 19 實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體、真空泵及電測(cè)儀器三部分組成。本體結(jié)構(gòu)如圖 4— 4 所示。 圖 44 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總結(jié)構(gòu)圖 實(shí)驗(yàn)段（噴管） 5 用有機(jī)玻璃制成，有漸 縮、漸縮漸擴(kuò)兩種形式，如圖 4－ 1 、圖 4— 3根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行裝換。圖中繪出了噴管各部分的尺寸。 空氣由吸氣口 2經(jīng)進(jìn)氣管 1進(jìn)入噴管，噴管入口的氣體狀態(tài)由大氣壓力計(jì)及室溫表測(cè)量，氣體流量用進(jìn)氣管道上的孔板流量計(jì) 3 測(cè)量。噴管排氣道中的壓力 P2用真空表 10 測(cè)量。噴管各截面上的壓力用探針 7 測(cè)取，轉(zhuǎn)動(dòng)探針移動(dòng)機(jī)構(gòu) 9 的手柄，可以移動(dòng)探針測(cè)壓孔的位置，測(cè)量的壓力值由真空表 8 讀取。 噴管排氣管道中的壓力 P2用調(diào)節(jié)閥 11 控制。氣罐 12 起穩(wěn)定噴管背壓的作用。為了減少震動(dòng)，氣罐與真空泵之間用軟管 13 連接。 電測(cè)儀器包括：負(fù)壓傳感器 、壓差傳感器、位移電位器、直流穩(wěn)壓電源、示波器及函數(shù)記錄儀。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)負(fù)壓傳感器和位移電位器，分別將真空表、∪型管壓差計(jì)以及測(cè)壓探針測(cè)定的壓力或壓差轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，再用示波器、函數(shù)記錄儀顯示，繪出實(shí)驗(yàn)曲線。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：由實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象和觀察中測(cè)定的數(shù)據(jù)繪出兩組曲線： (1) 以壓力比為縱坐標(biāo)，探針測(cè)壓孔位置為橫坐標(biāo)，繪制不同工況時(shí)噴管內(nèi)的壓力分布曲線。 (2) 以流量為縱坐標(biāo)，壓力比為橫坐標(biāo)，繪制流量曲線，確定臨界壓力比，并根據(jù)測(cè)定的參數(shù)與公式計(jì)算出來(lái)的理論曲線進(jìn)行比 較。 20 2．實(shí)驗(yàn)步驟： （ 1） 裝好噴管，對(duì)真空泵進(jìn)行開(kāi)車(chē)檢查，使轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，油路系統(tǒng)及水系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。 （ 2) 將測(cè)壓探針傳出的位移信號(hào) X 輸入示波器或記錄儀的 X 軸，把負(fù)壓傳感器輸出的壓力信號(hào) P 輸入 Y 軸。 （ 3）選定若干個(gè)背壓值，使噴管輪分別處于超臨界、臨界、亞臨界的工況，每當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置調(diào)整穩(wěn)定在某一實(shí)驗(yàn)工況時(shí)，搖動(dòng)手輪，使測(cè)壓孔（ X）自噴管進(jìn)口逐步移至出口之外一段距離，并測(cè)取每個(gè) X 所對(duì)應(yīng)的壓力值，這樣就可以得到在不同背壓工況下，壓力沿噴管軸向各截面上的壓力分布圖形。 （ 4）當(dāng)背壓低于臨界壓力 PC后，將探針 置于噴管出口截面位置，這時(shí)降低背壓，觀察出口截面的壓力值（壓力不變） （ 5）將傳感器輸出切換開(kāi)關(guān)撥向“流量”一側(cè)，即壓力信號(hào)輸入 X 軸，壓差傳感器輸出的流量信號(hào) m 輸入 Y 軸，改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)背壓，使背壓值自入口壓力值開(kāi)始降低，流量 m 相應(yīng)自零開(kāi)始逐漸增大，當(dāng)背壓降至臨界壓力 PC再繼續(xù)降低時(shí)，流量 m 將保持不變，說(shuō)明氣流達(dá)到最大流量 mmax（參照?qǐng)D 4— 2） 圖 45 漸縮噴管實(shí)驗(yàn)段 圖 46 漸縮漸擴(kuò)噴管實(shí)驗(yàn)段 五、數(shù)據(jù)整理 實(shí)驗(yàn)中所需壓力、流量等各數(shù)據(jù)，測(cè)量方法如下： 1．壓力：噴管入口的壓力 P1根據(jù)大氣壓力計(jì)和∪型管壓差計(jì)讀數(shù)確定如下： HBp ??1 mmHg （ 47） 10 61 0 6 5 0 ??? HBp N/m2 （ 48） 式中： B— 大氣壓力計(jì)讀數(shù) [mmHg] H— 壓差計(jì)讀數(shù) [mmHg] 另外， P1也可以將探針置于噴管入口位置直接由真空 表讀出。 2．背壓 P2和噴管各截面的壓力用排氣管上的真空表與探針相連通的真空表測(cè)量，并根 21 據(jù)式（ 7）的關(guān)系確定。此時(shí)式中的 H 為真空表讀數(shù)。（實(shí)驗(yàn)段均處于真空狀態(tài)，噴管臨界狀態(tài)時(shí)，背壓的真空度為 PC=Bβ C（ B— H）。式中 H 為真空表讀數(shù)）。 3．噴管截面位置 X：根據(jù)探針移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的位置指針指示的位置確定。 4．流量：根據(jù)孔板壓差計(jì)讀數(shù)，由所用孔板的流量校驗(yàn)曲線查取。 5．實(shí)驗(yàn)中，每測(cè)取一次數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)讀取和記錄噴管入口的壓力和溫度、孔板壓差、背壓、探針測(cè)壓孔的位置 X 和所測(cè)得的壓力以及大氣壓力值。 6．將實(shí)驗(yàn)記錄 及整理計(jì)算的數(shù)據(jù)列于 表 41 和表 42 中 。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1． 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)原理 。 2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理：數(shù)據(jù)的原始記錄、流量隨背壓變化的關(guān)系曲線（ m— P2曲線）、噴管中壓力分布曲線（ P— X 曲線）。 3．結(jié)果分析：實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果與理論計(jì)算值之間、實(shí)驗(yàn)繪制的曲線與示波器顯示的曲線之間的異同點(diǎn)，及產(chǎn)生差異的原因。 表 41 噴管實(shí)驗(yàn)記錄