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

92 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

85277. Несклоняемые имена существительные. Три склонения имен существительных 48.5 KB
  Цель: познакомить с несклоняемыми именами существительными; формировать умение склонять имена существительные; формировать навыки определения падежа имени существительного по вопросу и предлогу; углубить знания детей об имени существительном как части речи. Чему будем учиться на уроке...
85278. Предложение. Виды предложений по цели высказывания 36.5 KB
  Цель: повторить и обобщить знания учащихся об основных признаках предложения, видах предложений, правилах оформления его на письме; обогащать словарный запас детей; развивать умения правильно интонировать предложение; воспитывать любовь к природе.
85279. Упражнения в распознавании типа склонений имен существительных 51 KB
  Цели: Познакомить детей с распознаванием типа склонения имен существительных стоящих в косвенных падежах. Обозначить падежи имен существительных. Автомобиль аккуратно интересный богаж гареть вперед вчира жилать директор газета Определите склонение имени существительного.
85280. Упражнение в определении склонений имен существительных 31 KB
  Задачи: Развивать умение определять склонение имен существительных, пользуясь алгоритмом рассуждения. Закреплять навыки определять падеж существительных. Развивать орфографическую зоркость, внимание. Воспитывать интерес к знаниям. Оборудование: опоры, таблицы, словари, учебники.
85281. Типы предложений по цели высказывания. Повествовательное, вопросительное, побудительное предложения 44.5 KB
  Задачи: дать представление о том какими бывают предложения по цели высказывания учить различать эти виды предложений и составлять их закреплять умения расставлять знаки препинания в конце предложений; развивать связную речь творческие способности воспитывать внимательное и бережное отношение к природе.
85282. Виды предложений 109.5 KB
  Цель: развивать умения, различать виды предложений и составлять их; учить расставлять знаки препинания; развивать связную речь; воспитывать любовь к языку. Проверка домашнего задания. Число,классная работа. Каллиграфическая минутка.
85283. Правописание слов с разделительными Ь и Ъ знаками 50 KB
  Цель: обобщить и систематизировать знания учащихся в написании слов с разделительными Ь и Ъ знаками; создавать условия для воспитания коммуникативной культуры и умения учащихся работать в паре в группе; развивать мышление школьников речь память внимание; формировать потребности в новых знаниях...
85284. Изменение имён существительных по вопросам. Наблюдение за ролью имён существительных в предложении 239.5 KB
  Цели: ознакомить с падежными вопросами имён существительных (без употребления термина), научить изменять существительные по вопросам, ознакомить с ролью имён существительных в предложении, развивать умение устанавливать связь слов в предложении, умение наблюдать, анализировать, обобщать...
85285. Предложение. Русский язык 284.5 KB
  Цель: проверить устные и письменные навыки учащихся по данной теме; развивать умение находить в предложении пары слов (словосочетания); составлять предложения и работать с текстом; воспитывать чувство прекрасного.