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

94 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

40587. Методология функционального моделирования SADT. Состав и функции моделей SADT. Типы связей 40.5 KB
  Вендрова Проектирование ПО Ход урока Организационный момент 24 мин: Приветствие оформление документов к занятию Повторение пройденного материала применяемая методика выводы1520 минзанятие 22 п.5 Сообщение темы урока постановка цели и задачи:13 мин: Методология функционального моделирования SDT; Состав и функции моделей SDT. Изложение нового материала применяемая методика: 5060 мин. лекция: Состав функциональной модели Иерархия диаграмм Типы связей между функциями Моделирование потоков данных процессов...
40588. Психологические особенности профессионального общения сотрудников ОВД 92 KB
  Чтобы профессиональное общение сотрудника ОВД было эффективным и успешным, он обязан разбираться в психологии общения, обладать умением делать выводы на основании фактов и собственных наблюдений.
40589. Создание SADT-диаграмм по произвольным проектам 48 KB
  Организационный момент 23 мин: Приветствие фиксация отсутствующих проверка санитарного состояния аудитории заполнение журнала рапортички проверка подготовленности студентов к занятию. Напоминание правил техники безопасности при работе с ПК; 2. Сообщение темы цели и задач практикума 23 мин: Цели: Приобретение навыков создания SDT моделей по методологии IDEF0. Актуализация опорных знаний и умений студентов 1015 мин: устный опрос занятие 24 п.
40590. Метод моделирования IDEF1 35.48 KB
  Сущность в методологии IDEF1X является независимой от идентификаторов или просто независимой если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности рисунок 1. Сущности Каждой сущности присваивается уникальное имя и номер разделяемые косой чертой и помещаемые над блоком. Связь может дополнительно определяться с...
40591. Создание ERD диаграмм методом IDEF I 48.5 KB
  Организационный момент 23 мин: Приветствие фиксация отсутствующих проверка санитарного состояния аудитории заполнение журнала рапортички проверка подготовленности студентов к занятию. Напоминание правил техники безопасности при работе с ПК; 2. Сообщение темы цели и задач практикума 23 мин: Цели: Приобретение навыков создания SDT моделей по методологии IDEF0. Актуализация опорных знаний и умений студентов 1015 мин: устный опрос занятие 27 п.
40592. Сущность объектно-ориентированного подхода 16.76 KB
  Объектноориентированный подход использует объектную декомпозицию при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением моделирующим поведение объекта реального мира. Абстрагирование это выделение существенных характеристик некоторого объекта которые отличают его от всех других видов объектов и таким образом четко определяют его концептуальные границы...
40593. Унифицированный язык UML 17.75 KB
  Например нотация диаграммы классов определяет каким образом представляются такие элементы и понятия как класс ассоциация и множественность. Определение классов и объектов одна из самых сложных задач объектноориентированного проектирования. Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Наследование и полиморфизм обеспечивают возможность определения новой функциональности классов с помощью создания производных классов потомков базовых классов.
40594. Диаграммы вариантов использования 52.06 KB
  Суть диаграммы вариантов использования состоит в следующем. Проектируемая система представляется в виде множества сущностей или актеров взаимодействующих с системой с помощью вариантов использования. Вариант использования служит для описания сервисов которые система предоставляет актеру.
40595. Диаграммы классов 37.79 KB
  Диаграмма классов определяет типы объектов системы и различного рода статические связи которые существуют между ними.1 Диаграмма классов На диаграммах классов изображаются также атрибуты классов операции классов и ограничения которые накладываются на связи между объектами.1 изображена типичная диаграмма классов.