一、实验目的

　　1 ．通过实验，巩固并加深对临界状态、临界压力、背压、初压、最大流量等概念的理解；

　　2 ．巩固和验证有关喷管基本理论，掌握不同形式喷管的机理；

　　3 ．掌握不同形式的喷管中，各截面上流速、压力及流量随背压的变化规律；

　　4 ．综合掌握气流在喷管中流速、流量、压力等参数的测试方法。

二、实验内容

　　以大气为气源，采用真空泵为动力， 初压不变 p 1 , 改变背压 p b ， 分别对渐缩喷管和缩放喷管进行下列实验：

　　1 ．观察不同工况下气流沿喷管各截面的压力变化，着重观察临界压力和最大流量现象。

　　2 ． 测定不同工况时，气流沿喷管各截面 ( 轴线位置 X ) 的压力 p 的变化；绘制出一组 p - X 曲线；分别比较临界压力 p c 的计算值与实验值；观察和记录 p c 出现在喷管中的位置。

　　3 ．测定不同工况时 , 气流在喷管中的流量 m ；绘制 m - p b曲线。

　　4 ．比较最大流量 m max 的计算值和实验值，确定临界压力 p c 。

　　5 ．通过理论计算 , 绘制出理论上的 m - p b 曲线和 p - X 曲线，并与所测定的 m - p b 曲线和 p - X 曲线相比较，分析异同点及原因。

三、实验方案确定

（一）请同学们思考并回答下列问题

　　1•  渐缩和缩放喷管出口截面压力 p 2 与背压 p b 之间有何关系 ?

　　2•  何谓喷管的临界状态 ? 临界压力 p c 如何确定 ? 渐缩喷管的出口截面压力 p 2 能降到临界压力 p c 以下吗 ? 缩放喷管的 p 2 能降到 p c 以下吗 ? 渐缩和缩放喷管的临界压力 p c 各出现的位置在何处 ?

　　3•  沿着气流在渐缩和缩放喷管的流动方向，其 各截面上的压力、流速、温度如何变化？

　　4•  喷管中各截面的气流流量相同吗 ? 如果喷管的背压下降，其中流量是否会不断地增大？在入口初压不变的条件下，喷管中的流量随背压的变化规律如何？

（二）实验室可以利用的实验装置有：

　　实验装置由实验台本体、真空泵组成。实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成，见图1 。真空泵是1401型，排气量为3200升/分。

（三）实验方案的制定

　　结合前面的问题以及实验的目的和内容 , 思考并确定自己的实验方案，制作实验测试数据记录表，实验用工质为空气。

　　实验所依据的原理 是：在稳定流动中，任何截面上质量流量都相等，且不随时间变化。若降低背压，使渐缩喷管的出口压力 p 2 或缩放喷管的喉部压力 p 降至临界压力时，喷管中的流量达最大值；喷管中的流量 m 一旦到达最大值，再降低背压 p b ，流量 m 保持不变，流量 m 随背压 p b 的变化。缩放喷管与渐缩喷管的不同点是，流量达到最大值时的最高背压 p b 不再是 p c ，而应是某一压力 p f 。

提示：

　　1. 喷管中的流量可利用流过孔扳流量计和辅助的 U 型管压差计读出并算获得；

　　2 ．喷管各截面上的压力可利用测压探针插入喷管内进行测量，探针可连接至可移动标准真空表测得，其移动可通过手轮螺杆机构实现。

　　3 ．实验室如图 2 、 3 所示的两种形式的由有机玻璃制成的渐缩和缩放喷管，喷管形状确定 ， 喷管的变换可松开夹持法蓝上的螺拴，向左推开进气管的三轮支架来实现。

　　4. 背压可通过安装在真空罐前后的背压调节阀调节。在喷管后的排气管上安装有背压真空表和起稳定背压作用的真空罐，罐内的真空度通过背压调节阀来调节，为减少振动，真空罐与真空泵之间应用软管连接。

四、实验步骤

　　分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤；

　　1. 装好喷管。

　　2. 对真空泵作开车前检查 ( 检查传动系统、油路、水路 ) 。检查无问题后打开背压调节阀，用手转动真空泵飞轮一周，去掉气缸中过量的油，开启电动机，当达到正常转速后可开始实验。

　　3. 将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时 p 2 = p b ，改变调节阀开度，调节背压 p b 至 p 1 开始逐渐降低，记录在不同 p b 下的孔板压差 Δ p 值，以备计算流量及绘制 m-p b 曲线，实验时注意记下 Δ p 开始达到最大值的 p b ，以求得 p c 及 p f 值。

　　4 ．调节不同的 p b ，摇动手轮，使 X 自喷管进口逐步移至出口外一段距离，记录不同 X 值下的 p 值，以测绘不同工况下的 p-X 曲线。

　　5 ．停车。

　　6 ．认真做好原始记录。

　　　　(1) 设备数据记录：设备名称、型号、规格等。

　　　　(2) 常规数据记录：当地大气压力、室温、实验环境状况。

　　　　(3) 记录 技术数据，并整理绘制的图形等。

五、实验数据整理

六、实验报告：

　　实验报告应包括以下内容

　　1. 简述实验原理与过程；

　　2. 各种数据的原始记录；

　　3. 实验结果整理后的数据，包括最大流量 m max 、临界压力 p c ，以及 p-X 曲线、 m-p b 曲线，分析实验值与计算值，分析测定曲线与函数记录仪绘制曲线异同点及其产生原因；

　　4. 通过实验的收获体会及对实验的改进意见。

注：1. 在实验报告中原始数据记录表一式二份，一份为渐缩喷管，一份为缩放喷管的记录。

　　2. 实验曲线用方格纸绘制（也可利用 Microsoft Excel 软件绘制后，打印出来），一张为渐缩喷管，另一张为缩放喷管。记录仪绘制曲线另附页。