【文章內(nèi)容簡介】 氧化碳的比容： 15 KhAmhV ?? 所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測得 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． 簡述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)及實(shí)驗(yàn)原理。 2． 記錄實(shí)驗(yàn)過程的原始數(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， 會出現(xiàn)什么問題？ 2． 卸壓時(shí)為什么不能直接開啟油杯閥門 。 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： cdcfdfvdvfdfcdcvdpcdcM )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渡到超音速，噴管由收縮形過渡到擴(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)匾羲俚膲?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=，則可將進(jìn)一步化簡為： 18 或 Tpfmvpfm112max112max10 4 0 6 8 ?? （ 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)氣流膨脹過度，氣流在 ２， 3， 4， 5， 6— 膨脹過度時(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)生壓縮過程，使出 口截面壓力提高到外界背壓而排出。噴管中開始發(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)，噴管中開始出現(xiàn)壓縮過程的位置發(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)臺本體、真空泵及電測儀器三部分組成。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)及室溫表測量，氣體流量用進(jìn)氣管道上的孔板流量計(jì) 3測量。噴管排氣道中的壓力 P2用真空表 10測量。噴管各截面上的壓力用探針 7測取，轉(zhuǎn)動(dòng)探針移動(dòng)機(jī)構(gòu) 9的手柄，可以移動(dòng)探針測壓孔的位置，測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)以及測壓探針測定的壓力或壓差轉(zhuǎn)換成電訊號，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)測定的參數(shù)與公式計(jì)算出來的理論曲線進(jìn)行比較。 20 2．實(shí)驗(yàn)步驟 ： （ 1） 裝好噴管，對真空泵進(jìn)行開車檢查，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) 將測壓探針傳出的位移信號 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 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，使測壓孔（ X）自噴管進(jìn)口逐步移至出口之外一段距離，并測取每個(gè) X所對應(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關(guān)撥向“流量”一側(cè)，即壓力信號輸入 X軸，壓差傳感器輸出的流量信號 m 輸入 Y軸，改變調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)背壓，使背壓值自入口壓力值開始降低，流量 m 相應(yīng)自零開始逐漸增大，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，說明氣流達(dá)到最大流量 mmax（參照圖 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、探針測壓孔的位置 X和所測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 噴管形式 主要參數(shù) 最小截面積 （喉部尺寸） 噴管入口壓力 P1 噴管背壓 P2 噴灌流量 真空度 〔 mmmH