606

Процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло

Лабораторная работа

Физика

Снять опытные характеристики процесса истечения при различных давлениях газа за сопловым каналом. Провести обработку экспериментальных данных и определить области докритического и критического истечения. Построить опытную и теоретическую характеристики суживающегося сопла в координатах.

Русский

2013-01-06

75.5 KB

90 чел.

Министерство по образованию и науке РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина»

Кафедра теоретических основ теплотехники

Отчет по лабораторной работе

Процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло.

Выполнил:  студент гр. 2-2хх

А.Х. Мухтаров

Принял: доц. каф. ТОТ

И.М. Чухин

Оценка  ___________

Иваново 2012


1. Цель работы

Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло при различных давлениях за сопловым каналом.

2. Задание

1. Снять опытные характеристики процесса истечения при различных давлениях газа за сопловым каналом.

2. Провести обработку экспериментальных данных и определить области докритического и критического истечения.

3. Построить опытную и теоретическую характеристики суживающегося сопла в координатах:

G=f(Pк) - расходная характеристика;

Р1=F(Pк) - изменение давления в минимальном сечении сопла.

4. Построить зависимость коэффициента расхода сопла μ=Gоп/Gтеор от давления за соплом Pк.

5. Провести анализ процесса истечения через сопловой канал на основании построенных зависимостей G, P1, μ от давления Рк.

6. Определить для одного из режимов истечения коэффициент потерь сопла ζ и скоростной коэффициент сопла φ. Данный пункт выполняется по указанию преподавателя.


3. Экспериментальная установка

Исследование процесса истечения воздуха через сопло проводится на имитационной установке. В состав установки входят: макет рабочего участка, блоки приборов управления установкой и индикации основных параметров процесса истечения, управляющая ЭВМ с монитором. Схема установки изображена на рис.1. Эта схема с фиксацией изменения основных характеристик процесса истечения отображается на мониторе ЭВМ.

Рис.1. Схема экспериментальной установки:

1 – расходомерная диафрагма, 2 – суживающееся сопло, 3 – вакуумный насос, 4 – регулировочный вентиль, 5 – индикаторный прибор перепада давления на расходомерной диафрагме, 6 – индикаторный прибор определения давления в выходном сечении сопла, 7 – индикаторный прибор определения давления за соплом

Газ при атмосферном давлении В и комнатной температуре to поступает через расходомерную диафрагму 1 по газопроводу постоянного сечения к суживающемуся соплу 2. Сопло имеет диаметр выходного сечения d1=1,55 мм. Движение газа через установку обеспечивает вакуумный насос 3, работающий на откачку газа из установки (в газопроводе вакуум, т.е. давление меньше атмосферного). Регулировочным вентилем 4, открывая или закрывая его, можно установить различные давления (разряжения) в газопроводе за соплом. Расход газа через установку, в том числе и через сопло, определяется по показаниям индикаторного прибора 5, измеряющего перепад давлений ΔH до и после расходомерной диафрагмы 1. Зная показания прибора 5, по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы определяется массовый расход газа через установку. Давление воздуха в самом узком сечении сопла ΔР2 и за соплом ΔР3 измеряются индикаторными приборами 6 и 7. Температура газа на входе в установку to измеряется лабораторным ртутным термометром с ценой деления 0,1 оС, а давление В - ртутным барометром (оба прибора находятся в помещении лаборатории).

6. Расчет процесса истечения

6.1. Давления

Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло PО'. Оно меньше атмосферного PО на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2 см. рис.3)

PО' = PО - ΔH, Па,

Например,

-для докритического истечения:

PО' = PО – ΔH=

-для критического истечения:

PО' = PО – ΔH=

где PО =(В/750)105, – атмосферное давление в Па, при барометрическом давлении В в мм рт. ст.,

ΔH - потеря давления в расходомерной диафрагме в Па.

Давления в минимальном сечении сопла P1 и за соплом Pк рассчитываются по показаниям индикаторных приборов ΔP2 и ΔP3, исходя из того, что их размерность соответствует кГс/см2:

P1 = PО – ΔР2·0,981·105 , Па,

PК = PО – ΔР3·0,981·105, Па.

Например,

-для докритического истечения:

P1 = PО – ΔР2·0,981·105, Па

PК = PО – ΔР3·0,981·105, Па.

-для критического истечения:

P1 = PО – ΔР2·0,981·105, Па

PК = PО – ΔР3·0,981·105, Па.

Теоретическое давление в минимальном сечении сопла заносится в журнал наблюдений после анализа экспериментальных данных процесса истечения.

6.2. Анализ процесса истечения

Характер процесса истечения газа через сопловый канал определяется степенью изменения давления ε и давлением за сопловым каналом РК:

, она сравнивается с ;

где к = сР/cv (для  к = 1,333; εКР = 0,54).

PКР = PО’εКР;

при PК > PКР и ε > εКР - истечение докритическое: P1 = PК;

при PК ≤ PКР и ε ≤ εКР - истечение критическое: P1 = PКР.

Таким образом, теоретическое давление в минимальном сечении сопла будет равно давлению за соплом P1теор = Pк в режимах докритического истечения, когда Pк>Pкр. Во всех режимах критического истечения Pк≤Pкр, теоретическое давление в минимальном сечении сопла остается неизменным и равным критическому давлению P1теор=Pкр=Po' εКР.

Исходя из вышеизложенного, заполняется графа P1теор журнала наблюдений.

6.3. Определение расхода при докритическом истечении (Pк > Pкр)

а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через суживающееся сопло в этом режиме истечения соответствует обратимому процессу истечения 1-3 (см. рис.3,а) и определяется по формуле (6)

,

где PК = P1теор.  При заполнении таблицы расчетных данных P1теор берется таким же, как PК вплоть до PК = PКР;

f1 - площадь минимального сечения сопла, м2,  при его диаметре d1=1,55 мм:

;

vO - удельный объем воздуха, м3/кг, на входе в сопло:

;

Po' – усредненное давление перед соплом:

,

берется как средняя арифметическая величина для упрощения расчетов vo. Поскольку Po' изменяется очень незначительно, можно принять Po' и vo постоянными для расчета теоретического расхода воздуха через сопло.

Например:

б) Опытный расход Gоп определяется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы Gоп=f(ΔН) как функция от перепада давлений на диафрагме.

Например:

Тарировочная таблица расходомерной диафрагмы приведена в приложении.

6.4. Определение расхода при критическом истечении (Pк ≤ Pкр)

а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через сопло в этом режиме истечения соответствует процессу 1-3 (см. рис.3,б) и определяется по формуле

,                       (20)

где εКР рассчитывается для соответствующего газа по формуле(7).

Например:

б) Определение действительного расхода воздуха через сопло при критическом истечении ведется по зависимости G = f(ΔН) (см. приложение). Поскольку в этом режиме ΔН=const, то и Gоп.кр = const.

Например:

6.5. Определение коэффициента расхода сопла

Коэффициент расхода сопла рассчитывается по формуле (13)

.

Например:

-для докритического истечения

-для критического истечения  


Библиографический список

1. Коновалов В.И. Техническая термодинамика / Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 1995. - 464 с.

2. Коновалов В.И. Термодинамический анализ процессов в теплоэнергетических установках: Учеб. пособие / Иван.энерг.ин-т.- Иваново, 1980.-64 с.

3. Иноземцева Е.Н. Михеев Ю.С. Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло при имитационном моделировании. Метод. указания к лаб. работе /Московский авиационный институт – Москва, 1990. – 16 с.

4. Чухин И.М. Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло. Метод. указания к лаб. работе / Иван. энерг. ун-т. – Иваново, 1996. – 24 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57853. Дихання. Значення дихання. Органи дихання 211 KB
  Формувати знання та поняття у учнів про дихальну систему людини; ознайомити із диханням як процесом необхідним для життя; показати особливості та взаємозв’язок будови та функцій органів дихання; розглянути складові частини системи...
57854. Половое размножение. Строение и разнообразие цветков 56 KB
  Разнообразием и классификацией цветков и растений в зависимости от строения цветка; симметрией цветков. Концепция: дать определение цветка. Рассмотреть строение цветка и функции отдельных элементов.
57855. Расселение растений в природе. Взаимодействие растений, грибов, бактерий и их роль в экосистемах 38 KB
  Мотивация учебной деятельности: А Проблемный вопрос: Почему необходимо изучать влияние факторов среды на организмы Анализ схемы Антропогенные нагрузки на экосистемы...
57856. Способи розмноження рослин 179.5 KB
  Основні поняття і терміни: нестатеве вегетативне статеве розмноження спора гамета сперматозоїд яйцеклітина зигота гаплоїдний і диплоїдний набір хромосом мітоз мейоз.
57857. Значення сенсорних систем в психології та медицині 93.5 KB
  Цілі та завдання: узагальнити знання про будову сенсорних систем принцип структури та функції аналізаторів; з‘ясувати значення органів чуття для психології та медицини формувати науковий світогляд виховувати в учнів культуру здоров‘я як складову загальної культури людини.
57858. Дослідження різних видів пам’яті 121 KB
  Мета: ознайомити з основними видами пам’яті; розкрити фізіологічний механізм пам’яті; поглибити знання учнів про шкідливий вплив алкоголю, нікотину, наркотичних речовин на пам’ять; усвідомити можливість розвитку пам’яті.
57859. Різноманітність грибів, їх роль у природі, житті та господарській діяльності людини 183.5 KB
  Мета уроку: познайомити учнів з різноманітністю грибів показати їх роль в природі житті та господарській діяльності людини; вчити дітей розпізнавати різні гриби розвивати навички роботи з додатковою літературою...
57860. Характеристика класу Однодольні. Рослини родини Злакові 161 KB
  Мета. Охарактеризувати рослини класу Однодольні продовжити формування в учнів навичок складання порівняльної характеристики спрямувати пізнавальну активність учнів на вивчення рослин родини Злакові з’ясувати їх практичне використання людиною.
57861. Відкриття європейців 44.5 KB
  Кого з Великих мореплавців ви пам’ятаєте ІІІ. Мотивація навчальної діяльності Сьогодні на уроці ми починаємо вивчати нову тему Слайд 1 Великі географічні відкриття дізнаємося про основний перебіг Великих географічних відкриттів і подорожей ХV – ХVІ століття.