10 试验三 喷管流动特性的测定 一、实验目的和任务 1．目的：巩固和验证有关喷管基本理论，熟悉喷管的机理，掌握气流在喷管中流速、流量、压力变化的规律及有关测试方法。 2．任务：对缩放喷管进行下列测定： （1）测定不同工况（初压p1不变，改变背压pb）时期流在喷管中的流量qm；绘制qm-pb曲线；比较最大流量qm,max的计算值和实验值；确定临界压力pcr。 （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pcr的计算值与实验值；观察和记录pcr出现在喷管中的位置。 （3）通过电测装置，在X-Y记录仪上绘制出qm-pb曲线和p-X曲线。 二、实验原理 1．在稳定流动中，任何界面上质量流量都相等，且不随时间变化，流量大小可由下式确定： ])()[(12112212112222kkkfmppppvpkkAvcAq （1） 式中：k—比热比（绝热指数，k=cp/cv） A2—出口截面积（m2） v—气体比容（m3/kg） p—压力（Pa） 角注号：1指喷管入口，2指喷管出口。 若降低背压，使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： 11111112max,10404.0685.01212TpAvpAvpkkkAqcrcrkcrm （2） 临界压力pcr的大小为： 111528.0)1ppkpkkcr2（ （3） 喷管中的流量qm一旦到达最大值，再降低背压pb，流量qm保持不变，流量qm随背压pb的变化关系如图1所示，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pb不再是pcr，而应是某一压力pf。 2．沿喷管轴线X各截面的压力p，在喷管形状和工质的初态及背压一定时，可根据连续性方程和状态方程计算而得，也可用实验方法测得如图2所示的图形。 图2所示的一组曲线表示在不同的背压pb下，缩放喷管内各截面上压力p的变化情况。当pb＜pd，气流在管内膨胀不足，只能在管外继续膨胀。当pb= pd，气流在管内得到完全膨胀，出口压力与背压pb一致，称为设计工况。相应地，称pb＜pd为超设计工况，pb＞pd为亚设计工况，亚设计工况又可分为几种工况，当pd＜pb≤ pe，气流在管内膨胀过度，出口压力仍为pd，但随即在出口产生斜激波（pb＜pe＝或正激波（pb= pe）， 11 使压力由pd升高至pb，当pe＜pb≤pf，正激波由管口移到了管内，pb越高，越往前移。通过正激波压力跃升，气流由超音速变为亚音速，然后沿扩大段扩压减速流至出口，压力等于背压pb，对于上述pb≤pf诸工况，喉部始终保持临界状态。当pb＞pf，整个喷管内都是亚...
