close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4114.Исследование истечения воздуха из суживающегося сопла методические указания к выполнению лабораторной работы 23.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГ О ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра промышленной теплоэнергетики
ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА
ИЗ СУЖИВАЮЩЕГОСЯ СОПЛА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторной работы № 23
Составитель Ю.В. Шацких
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2013
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 620.9 (07)
Ш 326
Рецензент А.И. Шарапов
Шацких, Ю.В.
Ш 326 Исследование истечения воздуха из суживающегося сопла [Текст]: методические указания к выполнению лабораторной работы № 23/ сост.
Ю.В. Шацких. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 13 с.
Рассмотрены основные закономерности течения газов в соплах. Приведена методика расчетного и экспериментального определения массового расхода газа в суживающемся сопле.
Предназначены для студентов второго курса физико-технологического
факультета, специальности «Промышленная теплоэнергетика», изучающих
дисциплину «Термодинамика».
Табл. 3. Ил. 2. Библиогр.: 1 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий
государственный технический
университет», 2013
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения ....................................................................................... 4
1. Основные теоретические сведения ............................................................... 5
2. Описание экспериментальной установки ..................................................... 7
3. Порядок проведения работы......................................................................... 8
4. Обработка результатов опыта и проведение теоретических расчётов ......... 9
5. Анализ результатов..................................................................................... 10
6. Требования к оформлению отчета .............................................................. 11
7. Контрольные вопросы ................................................................................ 11
Приложение ...................................................................................................... 12
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Условные обозначения
h1, h2, h
– удельная энтальпия газа соответственно на входе в сопло, на
выходе из него и в промежуточном поперечном сечении, Дж/кг
w1, wв, wк, w – скорость движения газа соответственно во входном сечении
сопла, на выходе из него, критическая и в промежуточном поперечном сечении, м/с
ρ
– плотность газа, кг/м3
v и v1
– удельный объём и удельный объём газа перед соплом, м 3/кг
а и а2
– скорость звука: соответственно текущее значение и на срезе
сопла, м/с
t
– температура, °С
Т1 и Т2
– температура газа перед входом в сопло и на выходе из него, К
f
– площадь поперечного сечения сопла, м 2
fmin
– площадь выходного сечения суживающегося сопла, м 2
p1, p2, pк,
– давление газа: соответственно перед соплом, на срезе сопла,
p и pс
критическое, текущее значение и давление среды, в которую
вытекает струя из сопла, Па
p'1 и p'2
– избыточное давление соответственно перед соплом и на выходе из него (измеряемое в опыте), кгс/см2
В
– барометрическое давление, мм рт. ст.
Δh
– перепад давления на диафрагме (по показанию микроманометра), мм вод. ст
– массовый расход газа: соответственно теоретическое, действительное и текущее значения, кг/с
k
– показатель адиабаты (коэффициент Пуассона)
R
– газовая постоянная,
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Цель работы: ознакомиться с закономерностями истечения газов в
соплах. Опытным путём найти зависимость массового расхода воздуха через
суживающееся сопло от отношения давлений за соплом р2 и на входе в сопло
р1 при следующих условиях:
а) при р1=сonst; р2=war;
б) при р1=war; р2=сonst.
Сравнить экспериментальные и теоретические зависимости для этих
случаев. Определить коэффициенты расхода.
1. Основные теоретические сведения
Для установившегося движения газа массовый расход через любое поперечное сечение канала может быть определён из уравнения неразрывности:
Для адиабатического течения без трения при
скорость истече-
ния газа (скорость на срезе сопла) находят из выражения первого закона термодинамики для газового потока
Теоретический массовый расход газа через суживающееся сопло при
рассчитывают по формуле
В этом случае p2=pc.
Анализ уравнения (3) показывает, что для увеличения расхода газа через
сопло при постоянных начальных параметрах следует уменьшать отношение
давлений
симального
. При значении
(критического)
скорость газа w2 достигает макзначения
wк,
равного
скорости
звука
. Расход при этом также становится максимальным. Критиче5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ское отношение давления
зависит от атомности газа и для воздуха равно
0,528.
Максимальное значение расхода следует вычислять по формуле, получаемой из выражения (3) при k=1,41 и
Уменьшение
:
ниже критического значения не приводит к измене-
нию расхода. В этих условиях движение среды pс не влияет на распределение
давлений в сопле, оставаясь таким же, что и при критическом значении
.
Возмущения давления, которые распространяются в газе со скоростью звука,
равной скорости истечения струи, не могут подняться вверх к соплу.
При ускорении потока газа в дозвуковом диапазоне скоростей увеличение скорости происходит более интенсивно, чем уменьшение плотности. В с оответствии с уравнением (2) это означает, что при постоянном расходе
про-
филь сопла должен быть суживающимся. При ускорении потока в
сверхзвуковой области картина обратная, а профиль сопла в этом случае следует выбирать расширяющимся.
Для получения сверхзвуковых скоростей истечения применяют комбинированные сопла (Лаваля). Сопло Лаваля состоит из сужающейся части, где
поток разгоняется до скорости звука, и расширяющейся, в которой происходит
дальнейшее ускорение газа до сверхзвуковых скоростей.
В данной работе рассматривается истечение через суживающееся сопло.
Наличие сил трения в реальном потоке газа делает изоэнтропийный процесс истечения необратимым адиабатным. Часть кинетической энергии потока
затрачивается на преодоление сил трения и переходит в теплоту. Как следствие, энтальпия газа на выходе из сопла h2 увеличивается, а скорость истечения уменьшается (см. формулу (2). По той же причине действительный расход
меньше теоретического. Отношение действительного расхода к теоретическому называют коэффициентом расхода
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С увеличением скорости истечения газа из сопла коэффициент расхода
возрастает. Его значение определяют опытным путём.
2. Описание экспериментальной установки
Схема установки показана на рис. 1. Воздух от мембранного компрессора 1 подаётся по трубке 3 к суживающемуся соплу 6. Сопло выполнено с плавным сужением. Его входной диаметр 17 мм, а выходной 1 мм. Эскиз сопла показан на рис. 2. Давление воздуха перед соплом поддерживают постоянным с
помощью вентиля 2, а за соплом регулируют вентилем 9. Давление перед
соплом и на выходе из него измеряют манометрами 7 и 8. Действительный
расход воздуха измеряют с помощью диафрагмы 4 и микроманометра 5. Температуру воздуха определяют по термометру 10. Атмосферное давление измеряют барометром 11.
Рис. 1. Схема опытной установки
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Сопло
3. Порядок проведения работы
I серия опытов: определение влияния давления p1 на величину расхода
через сопло.
При частично открытом вентиле 2 и полностью открытом вентиле 9
включают компрессор.
Показания приборов снимают при установленном режиме в следующем
порядке:
1. Записывают показания манометра – Δh.
2. По манометрам 7 и 8 (рис. 2) находят давления p'1 (перед соплом) и p'2
(за соплом).
3. По барометру определяют давление В.
4. Записывают показания термометра.
Затем опыт повторяют в том же порядке при большем открытии вентиля
2 (при большем значении p1). Рекомендуется выполнить 8…10 опытов для раз-
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
личных значений p1. Все результаты измерений заносят в журнал наблюдений,
который составляется по прилагаемой форме.
Таблица 1
Журнал наблюдений
№ опыта
p'2, кгc/см2
Δh, мм вод.
p'1,
ст.
кгc/см2
B, мм рт. ст.
t, °С
1
2
3
и т.д.
II серия опытов: определение влияния противодавления на величину
расхода воздуха через сопло.
После запуска компрессора давление перед соплом следует поддерживать постоянным и равным (по манометру) p1=0,8…1,2 кгc/см2. Давление за
соплом регулируют вентилем 9. В первом опыте вентиль 9 полностью закрыт.
В каждом из последующих опытов степень открытия вентиля 9 увеличивают.
Следует провести 8…10 опытов. Снимают показания всех приборов для каждого опыта в той же последовательности, что и в I серии опытов. Результаты
заносят в журнал наблюдений.
4.
Обработка результатов опыта и проведение
теоретических расчётов
В расчётах используют систему СИ.
1. Измеренные давления, в том числе и барометрическое, переводят в Па.
2. Абсолютное давление воздуха перед соплом:
; за соплом
.
3. Действительный расход воздуха определяют по перепаду давления Δh,
используя градуировочную кривую измерительной диафрагмы (см. приложение).
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теоретический расход воздуха определяют по формуле (3) при
и по формуле (4) при
. Коэффициент расхода
для сопла вычисляют по формуле (5).
Результаты вычислений сводят в таблицу.
Таблица 2
Результаты обработки расчетов
Серия
№
опытов п/п
I
1
2
…
9
II
1
2
…
9
p1,
бар
p2,
бар
ρ1,
кг/м3
Т1, К
p2/p1
,
кг/с
,
кг/с
По данным таблицы строят графические зависимости:
1) для I серии опытов – зависимости
2) для II серии опытов зависимость
3) зависимость
от
и
и
от p1 при p2=const;
от
;
.
5. Анализ результатов
По построенным графикам дают объяснение характера изменения действительного и расчётного расходов воздуха от исследуемых параметров.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Требования к оформлению отчета
Отчёт по работе должен быть озаглавлен с указанием наименования работы, фамилии студента, группы, даты выполнения работы. Он должен включать в себя:
а) схему установки; б) журнал наблюдений; в) обработку результатов
опытов; г) графические опытные и теоретические зависимости; д) выводы.
7. Контрольные вопросы
1. Почему течение газа в соплах можно считать адиабатным?
2. От каких параметров зависят расход и скорость газа при истечении из
сопла?
3. Какой тип сопла применяют при скоростях истечения выше и ниже критической?
4. Какую максимальную скорость можно получить в простом сопле? Почему?
5. От чего зависит критическое отношение давлений?
6. Как можно увеличить коэффициент расхода?
7. Каким образом изменяют p2 в процессе опыта?
8. Как определяют расход
?
9. Как измеряют p1 и p2?
Хрусталев Б.М. Техническая термодинамика: учебн. В 2-х ч., ч. 1. /
Б.М. Хрусталев, А.П. Несенчук, В.Н. Романюк. – Минск: УП «Технопринт»,
2004 – 487 с.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение
Перепад давления
, мм вод. ст
40
30
20
10
0
0,1
0,2
Расход воздуха
0,3
, кг/ с
Зависимость расхода газа от перепада давления на диафрагме
12
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа