max；?0.685；pv；11；（5）；max；?0.0404；fp；（5）式表示，喷管的最大质量流量值决定于喷管进口；2渐缩渐扩喷管（拉伐尔喷管）；当压力比低于临界压力比（β&βC）时，应采；曲线1：喷管在设计条件下工作，气流在喷管中由入口；曲线7：喷管在非设计条件下工作；口压力膨胀至设计背压值，当气流一离开出口截面就发；管外突然膨胀使气流损失了一
（5）式表示，喷管的最大质量流量值决定于喷管进口的气体状态，当背压自临界压力继续降低时，喷管的流量将保持最大值而不再变化。在进口气体状态不变时，渐缩喷管通过的质量流量与压力比的关系如图2所示。
2 渐缩渐扩喷管（拉伐尔喷管）
当压力比低于临界压力比（β&βC）时，应采用渐缩渐扩喷管，以获得超音速气流。气体在渐缩渐扩喷管中流动时的膨胀情况可由图3所示的三组压力分布曲线表明。
曲线1：喷管在设计条件下工作，气流在喷管中由入口压力膨胀至背压，即气流得到完全膨胀。在最小截面上，压力为临界压力、气流达到临界流速。在渐扩段转入超音速流动。
曲线7：喷管在非设计条件下工作。此时，喷管的实际背压低于设计值，气流发生膨胀不足，在喷管内气流仍可如设计条件一样（如曲线1），由入
口压力膨胀至设计背压值，当气流一离开出口截面就发生突然膨胀，压力降低到实际背压值。这部分
管外突然膨胀使气流损失了一部分动能
图3 渐缩渐扩喷管中的压力分布
曲线2、3、4：喷管在背压高于设计背压的
１－在设计条件下工作的压力分布图； 非设计条件下工作。此时气流膨胀过度，气流在 ２，3，4，5，6―膨胀过度时压力分布图喷管中膨胀到比外界（实际）背压低的压力，而
7―膨胀不足时喷管出口出现的突然膨胀。后由该截面至出口截面气流发生压缩过程，使出
口截面压力提高到外界背压而排出。喷管中开始发生压缩的（截面）位置随背压的提高而向最小截面方面移动。当背压提高到某一数值P2c时，喷管中开始出现压缩过程的位置发生在最小截面，如曲线4。
曲线5、6：如果再继续提高背压（P2& P2C），喷管最小截面上的压力就不再保持临界压力，而随背压的升高而升高。这时气体在最小截面之前（即渐缩段）的膨胀情况也受背压改变的影响，各截面上的压力值均随背压的升高而升高。
渐缩渐扩喷管也有像渐缩喷管一样图形的流量曲线，当β≤βC时，出现最大流量。此时最大流量值仍可用式（4）计算，只是将式中的f改为fmin。即：
三、实验设备
实验装置由实验台本体、真空泵及电测仪器三部分组成。本体结构如图4所示。
实验台总结构图
实验段（喷管）5用有机玻璃制成，有渐缩、渐缩渐扩两种形式，如图1 、图3根据实验要求进行装换。图中绘出了喷管各部分的尺寸。
空气由吸气口2经进气管1进入喷管，喷管入口的气体状态由大气压力计及室温表测量，气体流量用进气管道上的孔板流量计3测量。喷管排气道中的压力P2用真空表10测量。喷管各截面上的压力用探针7测取，转动探针移动机构9的手柄，可以移动探针测压孔的位置，测量的压力值由真空表8读取。
喷管排气管道中的压力P2用调节阀11控制。气罐12起稳定喷管背压的作用。为了减少震动，气罐与真空泵之间用软管13连接。
电测仪器包括：负压传感器、压差传感器、位移电位器、直流稳压电源、示波器及函数记录仪。
实验时，通过负压传感器和位移电位器，分别将真空表、∪型管压差计以及测压探针测定的压力或压差转换成电讯号，再用示波器、函数记录仪显示，绘出实验曲线。
四、实验内容及步骤
1．实验内容：由实验中观察到的现象和观察中测定的数据绘出两组曲线：
(1) 以压力比为纵坐标，探针测压孔位置为横坐标，绘制不同工况时喷管内的压力分布曲线。
以流量为纵坐标，压力比为横坐标，绘制流量曲线，确定临界压力比，并根据测
定的参数与公式计算出来的理论曲线进行比较。
2．实验步骤：
（1） 装好喷管，对真空泵进行开车检查，使转动系统，油路系统及水系统处于正常状态。
（2) 将测压探针传出的位移信号X输入示波器或记录仪的X轴，把负压传感器输出的压力信号P输入Y轴。
（3）选定若干个背压值，使喷管轮分别处于超临界、临界、亚临界的工况，每当实验装置调整稳定在某一实验工况时，摇动手轮，使测压孔（X）自喷管进口逐步移至出口之外一段距离，并测取每个X所对应的压力值，这样就可以得到在不同背压工况下，压力沿喷管轴向各截面上的压力分布图形。
（4）当背压低于临界压力PC后，将探针置于喷管出口截面位置，这时降低背压，观察出口截面的压力值（压力不变）
（5）将传感器输出切换开关拨向“流量”一侧，即压力信号输入X轴，压差传感器输出的流量信号m输入Y轴，改变调节阀开度，调节背压，使背压值自入口压力值开始降低，流量m相应自零开始逐渐增大，当背压降至临界压力PC再继续降低时，流量m将保持不变，说明气流达到最大流量mmax（参照图2）
渐缩喷管实验段
渐缩渐扩喷管实验段
五、数据整理
实验中所需压力、流量等各数据，测量方法如下：
1．压力：喷管入口的压力P1根据大气压力计和∪型管压差计读数确定如下：
B?H750.062
式中：B―大气压力计读数[mmHg]
H―压差计读数[mmHg]
另外，P1也可以将探针置于喷管入口位置直接由真空表读出。
2．背压P2和喷管各截面的压力用排气管上的真空表与探针相连通的真空表测量，并根据式（7）的关系确定。此时式中的H为真空表读数。（实验段均处于真空状态，喷管临界状态时，背压的真空度为PC=B-βC（B―H）。式中H为真空表读数）。
3．喷管截面位置X：根据探针移动机构上的位置指针指示的位置确定。
4．流量：根据孔板压差计读数，由所用孔板的流量校验曲线查取。
5．实验中，每测取一次数据时，应读取和记录喷管入口的压力和温度、孔板压差、背压、探针测压孔的位置X和所测得的压力以及大气压力值。
6．将实验记录及整理计算的数据列于表1和表2中。
六、实验报告要求
1． 简述实验目的及实验原理。
2．实验数据整理：数据的原始记录、流量随背压变化的关系曲线（m―P2曲线）、喷管中压力分布曲线（P―X曲线）。
3．结果分析：实验测定的结果与理论计算值之间、实验绘制的曲线与示波器显示的曲线之间的异同点，及产生差异的原因。
表1喷管实验记录
表2喷管实验记录
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喷管特性实验
实 验 指 导 书
编制：朱天宇
河海大学机电工程学院
喷管特性实验
一、 实验目的
1． 验证并进一步对喷管中气流基本规律的理解。牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念。
2． 掌握喷管实验装置的实验原理、实验方法和操作步骤，比较熟练地用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量。
3．测量并绘制喷管内的压力分布曲线及流量曲线，做出定性的解释。
二、 实验原理
喷管是一些热工设备的重要部件，这些设备的工作过程和喷管中气体的流动过程有密切
的关系。实验观察气流完全膨胀时沿喷管各界面的压力变化，测定流量曲线和临界压力比，可以帮助了解喷管中气体流动现象的基本特性，并且通过观察渐缩渐扩喷管中膨胀不足和膨胀过度的现象，还可进一步了解工作条件对喷管中流动过程的影响。
（一）收缩喷管出口的流速和流量
假设喷管进口的气流参数都用它们对应的滞止参数表示，喷管出口处的气流参数用下标1表示，则喷管中绝能流的能量方程为
对于比热为常数的理想气体，上式成为
引用等熵过程关系式和状态方程（理想气体的???），于是喷管出口的气流速度
可见对于给定的气体，在收缩喷管出口气流未达到临界状态之前，进口的总焓越高，或者出口气流的压强对滞止压强比越小，则出口气流的速度越高。收缩喷管出口气流速度最高可达当地声速，即出口气流处于临界状态。通过喷管的质量流量为：
将式（1-1）式代入上式得出
qm?Aqm是p1的连续函数，而且当p1=0
和p1?p0时，qm都等于零。由此推论。在0?p1?p0的
范围内必有qm的极限值。为了推求流量的最大值qmmax，取上式对p1的导数，并令dqm/dp1?0，
意即p1等于临界压强pcr时，收缩喷管的流量达到最大值qmmax，这时喷管出口气流达临界状态Ma1?1。收缩喷管出口气流的临界速度和临界流量分别为
可见，对于给定的气体，收缩喷管出口的临界速度决定于进口气流的滞止参数，经过喷管的最大流量决定于进口气流的滞止参数和出口截面积。 （二）缩放喷管出口流速和流量及面积比公式
假设喷管进口的气流参数都用他们对应的滞止参数表示，喷管出口处的气流参数用下标1表示。由于这里讨论的仍然是喷管内气流的等熵过程，如果喷管内的气流又是在设计工况下得到完全膨胀的正常流动，则喷管出口的气流速度与通过喷管的质量流量仍可按渐缩管中的公式计算，但其中的截面面积必须代之以喉部截面积At?Acr，即
因为通过喷管的流量就是喉部能通过的流量的最大值。
喷管的截面积随无量纲速度的变化规律可以由连续方程求得。根据连续方程以及等熵过
程关系式v0/v?(p/p0)?最终导出
这就是缩放喷管的面积比公式。可见要得到某一马赫数的超声速气流，所需要的面积比是唯一的，而与这个面积比相对应的压强比也是唯一的。就是说，要利用缩放喷管得到某一马赫数的超声速气流，不仅要具备必要的几何条件，而且同时要具备必要的压强条件，缺一不可。
三、 实验装置
本实验装置由实验本体（含进气管段、喷管试验段、真空罐及支架等）、真空泵、测量仪表等组成，如图1-0所示。测试系统主要是常规热工测量仪表（真空表、U型管压差计）及电子测试系统（传感器、放大器、计算机等），可以手动测量，也可以由计算机自动测量，本
实验以手动测量进行。
真空泵运转时，空气自实验本体的吸气口进入，一次通过进气管段、孔板流量计、喷管，最后排至室外。
1- 入口段 2-U型管压差计 3-孔板流量计 4-喷管试验段 5-真空表6-支撑架 7-稳压罐 8、9-调节阀
11-探针自动移动机构
12-探针手动移动机构（手枪） 13-橡胶接管
喷管试验设备结构图
喷管轴向截面上的压力是用直径为1.2mm的不锈钢管制的探针贯通喷管，其右端与真空
表连通，左端为自由端（其端部开口用密封胶封死），在接近左端前端的侧面钻有一个0.5mm的引压孔。显然，真空表上显示的数值就是引压孔所在截面的静压力。移动探针（实际是移动引压孔），从而达到测定喷管内各截面的压力之目的。
喷管的背压由固定在排气管段上的真空表测定，通过喷管的空气流量则由孔扳流量计及U型管压差计测定。
四、 操作步骤
1. 装上所需的喷管（渐缩喷管或缩放喷管），用“坐标校准器”调好“位移坐标扳”的基准位置。 2. 打开罐前调节阀，将真空泵的飞轮盘车1~2转，一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀。然后启动真空泵。
3. 测量轴向压力分布。计算机显示的不同位置的压力分布见图1-1。 3.1手动测量部分
3.1.1 用罐前的调节阀调节背压至一定值（见真空表读数），并记下该数值。
3.1.2转动手枪，使测压探针向出口方向移动。每移动一定距离（一般约2~3mm）便停一下，记下该测点的坐标位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之处。于是便得到一条在这一背压下喷管的压力分布曲线。
3.1.3 若要作若干条压力分布曲线，只要改变其背压值并重复步骤1~2即可。 3.2软件测量部分君，已阅读到文档的结尾了呢~~
干饱&和蒸汽状态.&(2)管路内径&据连续性方程&4&2D&c&mv&Aπ==&得&126.0&18&4411&1=&-&=&vm&D&π&m=12.6cm&例5&气罐内空气状态恒为t1=15...
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