教材)工程热力学实验指导书

1、内容简介本书主要是工程热力学实验，分2章。第一章介绍具体的工程热力学实验，对每个实 验，着重于阐明其实验原理、实验装程、实验操作方法和实验数据处理等内容。每一实验 均附有思考问题，以帮助读者进一步分析实验中的问题。第二章是测量误差与数据处理， 介绍了误差分析及数据处理方而的知识和方法。本书可供高等院校动力类相关专业的本科生或研究生使用，亦可供有关教师、实验技 术人员在编写工程热力学实验指导书、安排热力学实验时参考。-XX. 1冃IJ 吞工程热力学实验教程是依据工程热力学本科生课程的教学大纲编写的。它可供开 设实验课、编写实验指导书的教师参考，亦可作为高等院校本科生、研究生的实验参考用 书，也可

2、供有关工程技术人员参考。本实验教程以工程热力学实验为主，并据此编写了测量误差与数据处理。书中每一项 实验的内容着重于阐明她的基本原理.实验装置结构系统、基本测试方法、数据整理以及 某些技术问题等。每项实脸都附有思考问題，以期使读者能进一步分析实验中的一些问題。本书由朱强编写。在本书编写过程中，得到了汪健生教授许多有意艾的指导，在此表 示衷心的感谢。此外，感谢为本书提供各种资料和帮助的其他专家教授们以及参与修改和 校对工作的人员。在编写过程中，参考了国内外一些教材和文献的内容，在此一并致谢！由于受时间和作者水平的限制，书中难免疏漏和错误可能还存在许多不尽如人意的 地方，恳请读者们批评指正！以后将

3、更加努力的学习和工作，以使本书的修订趋于完善。第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽T关系曲线测量实验（1）1.2 CO2临界现象观测及p-v-t关系测左实验（6）1.3绝热节流效应的测定实验（15）1.4喷管中气体流动实验 （22）1.5压气机性能实验（31）第二章测量误差与数据处理2.1误差（40）2.2测量不确宦度 （44）2.3实验数据处理方法（45）第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽卩关系曲线测量实验一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体 温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽压

4、力与温度的关系5?关系）图表的编制 方法。3、学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法。4、学会用Microsoft Excel绘制并拟合各种与T关系有关的曲线，总结关系经验 公式。5、直接观察小容积和金属表而很光滑（汽化核心很小）条件下的泡态沸腾现象。二、实验设备1-压力表（-0.101.5MPa）： 2-排气阀：3-缓冲辭：4-可视玻璃及蒸汽发生器：5-电源开关：6-电功率调节；7-温度计（0300C） ： 8-可控数显温度仪：9-电压表图1. 1. 1可视性饱和蒸汽压力和温度关系仪三、实验方法与步骤1. 实验装置及仪表的工作原理和使用方法 电接点式压力表的使用方法本实验关系

5、仪采用的是电接点式压力表，表而中心设有调节旋纽（黑胶木），用两指 旋动族纽外缘可以拨动红色指针，红色指针用于限定蒸汽发生器内压力上限，一般在使用 时先拨至压力计表面的IMPa刻度处。用一字形螺丝刀旋转中心的旋钮拨动绿色指针，此 指针用于设左某一压力值，当蒸汽发生器内压力（黑色指针指示）升至该设定的压力值时, 两针相撞后进入保温状态，如此多次将绿色指针分别设巻各点压力值，使加热后蒸汽发生 器内压力（黑色指针）到达设泄指针压力位宜，再观察此时的压力读数所对应温度讣读数 值。由于实验时温度和压力较高，当黑色指针或绿色指针与红色指针相撞时，仪器随即自 动断开加热电源（处于保温状态），保证安全。 温度计

6、的使用方法实验所用温度计采用0300 C的水银温度汁，使用时，将温度il插入压力表前而的铜 管中即可。2. 实验步骤 将温度计插入铜管内： 将电接点压力表上红色指针拨至IMPa： 将电压调压器指针凋至零位，然后接通电源： 将电接点式压力表上绿色指针设左在某一压力值（例如开始时为0.1 MPa）: 将电压调压器输出电压旋至220230V,电加热器开始加热蒸憎水，蒸汽发生器内 压力（黑色指针）开始缓慢上升； 待蒸汽压力升至设立值时，即黑色指针与绿色指针相撞时，将电压调压器降至 （2050） V,使加热器处于保温或微加热状态，这时蒸汽发生器内压力（黑色指针）应基本保持不变： 待蒸汽发生器内壁而出现微

7、小气泡时，即进入饱和水状态（温度与饱和蒸汽状态相 等），迅速记录此饱和蒸汽的压力（p）和温度（t）。 重复上述步骤实验，在（01.0） MPa （表压）范伟I内实验不少于6次，且 实验点应尽量分布均匀。3. 结束工作将调压器指针旋回能零位，并断开电源，整理好实验仪器。4. 记录室温（C）和大气压力（MPa）。课程名称：学院：专业：年级:姓名：学号：成绩:四、数据记录与整理1 记录与计算表1.1.1实验测參数原始记录表实验次数饱和斥力|kgf/cnf饱和温度re】误差压力表读P大气压力B绝对压力P-P+B温度汁 读值T理论值1Ar =/-f rcjA/xlOO%fm1234562、绘制p-t关系

8、曲线用Microsoft Excel绘制p-t关系曲线，以p为横坐标（单位MPa） , t为纵坐标（单位。C）,如图1丄2所示。200- 190 180H0100908(1E345678930Hkgf ue2 I图1.1.2饱和水蒸气p-t关系实验曲线3、作双对数坐标图，并作线性拟合将各组”，/分别取对数，用Microsoft Excel绘制饱和水蒸气温度和压力的双对数曲线, 以ln/4为横坐标x轴，In/为纵坐标y轴，如图1.1.3所示。200-180）70 -怡0 -110 -100P压力（绝）Lkgfg-n2】Illif8 9 10 11图1丄3饱和水蒸气实验双对数坐标图作图同时用Mic

9、rosoft Excel的曲线拟合功能（选直线拟合，并选公式显示）,将饱和 水蒸气双对数坐标图拟合成直线，图中会自动显示拟合的直线方程。将x=ln/?/4 y=ln/代入y=k x+a可得形式为k心”（1.1.1）的经验公式。该经验公式与标准经验公式心奶（1.1.2）对比，若k值越接近1.0,，越接近c,则实验误差越小。但实际实验结果与标准经验 公式计算结果会差别较大，试分析误差产生的原因。4、误差分析通过比较发现，实验值与标准实验值存在一定的误差，引起误差的原因可能有以下几 个方而：（1）读数误差：（2）测疑仪表精度引起的误差：（3）利用测量管测温所导致的误差；（4）实验装置本身的误差等。5

10、、注意事项（1）实验装置通电后必须有专人看管。（2）实验装置使用压力最大为l.OMPa （表压），切不可超压操作。一旦超压，立即 关闭实验装置的电源开关。（3）操作过程中，不可接触连接电接点压力表的缓冲器（金属管），避免被烫伤。（4）高压时不允许用排气阀门排气，防止烫伤。（5）整个实验需90min左右。1.2 CO2临界现象观测及一/关系测定实验一、实验目的1. 了解C02临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。2. 加深对纯流体热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临界流体等基本概念的理解。3. 掌握C02的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法 和技巧，并

11、在P图上绘出CO?等温线。4. 学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。二、实验原理纯物质的临界点表示气液二相平衡共存的最奇温度（）和最高压力点（久）。纯物质 所处的温度髙于tc,无论压力大小，都不存在液相；压力高于必，无论温度髙低，都不存 在汽相;同时高于：和处,则为超临界区。本实验测量 X，t = tc和三种温度条件下 等温线。其中ttc等温线，为一光滑曲线；f = 等温线，在临界压力附近有一水平拐点， 并岀现气液不分现象：等温线，分为三段，中间一水平段为气液共存区。对纯流体处于平衡态时，英状态参数卩、V和/存在以下关系：F（p, v, f） = 0 或 v =f（p, t）由G

12、ibbs相律，纯流体在单相区自由度为2,当温度一定时，体积随压力的改变而变 化：在两相区自由度为1,温度一泄时，压力一泄，仅体积发生变化。本实验就是利用立 温的方法测定CO?的和v之间的关系，获得CO2的p-v-t数据。三、实验装置流程和试剂实脸装程由试脸台本体、压力台和恒温浴组成（如图121）。试验台本体如图122 所示。实验装宜实物图如图123。实验中由压力台送来的压力油进入髙压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装有 高纯度的CO2气体的承压玻璃管（毛细管），CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活 塞杆的进退来调节。温度由恒温水套的水调肖，水套的恒温水由恒温浴供给。CO2的压力由压力

13、台上的精密压力表读岀（注意：绝对压力=表压+大气压），温度由 水套内精密温度计读出。比容由CO?柱的髙度除以质而比常数汁算得到。试剂：高纯度二氧化碳。低温恒温浴本体压力台4tlTli-ij.lJ4.i.TPIPITIT-TI亠4-114*H 1.2COm/关系实验装宜卜商压容器；2玻璃杯：3压力油：4水锲：5密封填料：6填料压盖：7恒温水套：8承圧玻璃管（毛 细管）：9-C0： 10- 密温度讣：图122试验台木体图123 CO2p-v-r实验装宜实物图四、实验操作步骤1. 按图121装好试验设备；2. 接通恒温浴电源，调节恒温水到所要求的实验温度（以恒温水套内精密温度计为 准）；3. 加压前

14、的准备抽汕充油操作（1）关闭压力表下部阀门和进入本体油路的阀门，开启压力台上油杯的进汕阀；（2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。此时压力台上油筒中抽满了油：（3）先关闭油杯的进油阀，然后开启压力表下部阀门和进入本体汕路的阀门；（4）摇进活塞杆，使本体充油。直至压力表上有压力读数显示，毛细管下部出现水银 为止：（5）如活塞杆已摇进到头，压力表上还无压力读数显示，毛细管下部未出现水银，则 重复（1） （4）步骤：（6）再次检查油杯的进油阀是否关闭，圧力表及其进入本体汕路的二个阀门是否开启。 温度是否达到所要求的实验温度。如条件均已调定,则可进行实验测泄。4测上承压玻璃管（毛细管）内CO?

15、的质而比常数K值由于承压玻璃管（毛细管）内的CO2质量不便测量，承压玻璃管（毛细管）内径（截 而积）不易测准。本实验用间接方法确左co?的比容。假定承压玻璃管（毛细管）内径均 匀一致，CO2比容和髙度成正比。具体方法如下：(1)已知纯 CO2液体在 25D 7.8MPa 时,比容 V= 0.00124 m3/kg：（2）实验测左本装置在25C, 7.8MPa （表压大约为7.7 MPa）时，CO?柱髙度为 A/1= hh.式中，几一承压玻璃管（毛细管）内径顶端的刻度（酌情扣除尖部长度）， 川一25C 7.8MPa下水银柱上端液面刻度。（注意玻璃水套上刻度的标记方法）(3) 250 7.8MPa

16、下比容:A/lh Aq（1.2.1）力一测量温V = 一 = 0.00124/J/kg m式中：加一CO?质量（kg） , A承压玻璃管（毛细管）截而积（mJ 度压力下水银柱上端液而刻度（m） , K质而比常数（kg/m2）质面比常数 人0.00124(1.2.2)又如旳为测量温度压力下CO?柱高度（m）,则此温度压力下CO?比容,(1.2.3)5.测左低于临界温度下的等温线（T=25C）（1）将恒温水套温度调至T= 25,并保持恒左。（2）逐渐增加压力，压力为4.0MPa左右时（毛细管下部出现水银而）开始读取相应 水银柱上端液面刻度，记录第一个数据点。读取数据前，一左要有足够的平衡时间，保证

17、 温度.压力和水银柱髙度恒定。（3）提髙压力约0.3MPa,达到平衡时，读取相应水银柱上端液而刻度，记录第二个 数拯点。注意加压时，应足够缓慢的摇进活塞杆，以保证定温条件，水银柱髙度应稳立在 一定数值，不发生波动时，再读数。（4）按压力间隔0.3MPa左右，逐次提高压力，测量第三.第四数据点，当出现 第一小滴CO?液体时，则适当降低压力，平衡一段时间，使CO?温度和压力恒左，以准确 读出恰好出现第一小液滴CO2时的压力。（5）注意此阶段，压力改变后CO?状态的变化，特别是测准出现第一小滴CO?液体 时的压力和相应水银柱髙度及最后一个C02小气泡刚消失时的压力和相应水银柱高度。此 二点压力应接近

18、相等，要交替进行升压和降压操作，压力应按出现第一小滴C02液体和最 后一个CO2小气泡刚消失的具体条件进行调整。（6）当CO?全部液化后，继续按压力间隔0.3MPa左右升压，直到压力达到 为止（承压玻璃管的最大压力应小于&OMPa）。6. 测定临界等温线和临界参数，观察临界现彖（1）将恒温水套温度调至= 31.1C,按上述5的方法和步骤测岀临界等温线，注意在 曲线的拐点（尸7.376MPa）附近，应缓慢调整压力（调压间隔可为O.O5MPa）,以较准确 的确泄临界压力和临界比容，较准确的描绘出临界等温线上的拐点。（2）观察临界现象临界乳光现象保持临界温度不变，摇进活塞杆使压力升至处附近处，然后突

19、然摇退活塞杆（注意勿使 试验台本体晃动）降压，在此瞬间玻璃管内将岀现圆锥型的乳白色的闪光现象，这就是临界 乳光现象。这是由于CO?分子受重力场作用而沿竖直方向分布不均和光的散射所造成的。 可以反复几次观察这个现象。b. 整体相变现象临界点附近时，汽化热接近于零，饱和蒸汽线与饱和液体线接近合于一点。此时气液 的相互转变不像临界温度以下时那样逐渐积累，需要一左的时间，表现为一个渐变过程： 而是当压力稍有变化时，气液是以突变的形式相互转化。c. 汽液二相模糊不淸现象处于临界点附近的CO?具有共同的参数（p, v,t）,不能区别此时CO?是气态还是液态。 如果说它是气体，那么，这气体是接近液态的气体；

20、如果说它是液体，那么，这液体又是 接近气态的液体。下而用实验证明这结论。因为此时是处于临界温度附近，如果按等温过程，使CO2压 缩或膨胀，则管内什么也看不到。现在，按绝热过程进行，先调节压力处于7.4 MPa （临 界压力）附近，突然降压（由于压力很快下降，毛细管内的CO2未能与外界进行充分的热 交换，英温度下降），CO?状态点不是沿等温线，而是沿绝热线降到两相区，管内CO2出 现了明显的液面。这就是说，如果这时管内CO?是气体的话，那么，这种气体离液相区很 近，是接近液态的气体：当膨胀之后，突然压缩COMM，这液面又立即消失了。这就告诉 我们，这时CO?液体离气相区也很近，是接近气态的液体。

21、这时CCh既接近气态，又接近 液态，所以只能是处于临界点附近。临界状态流体是一种气液不分的流体。这就是临界点 附近气液二相模糊不淸现象。7. 测定髙于临界温度的等温线（/ = 40C）将恒温水套温度调至r = 40C,按上述5相同的方法和步骤进行。课程名称：学院：专业：年级：姓名：学号：成绩：五、实验数据记录及处理将实验数据记录于表121。表1.2.1不同锻度下CO2的数据测定结果室温C,大气压MPa,毛细管内部顶端的刻度加尸m,25C, 7.8MPa ? CO2柱高度丛=m.质面比常数K=kg/m2Nr = 25.0Cr=31.TCt = 400CP(MPa)Ah(m)v=Ah/K(mVkg

22、)现彖(MPa)Ah(m)v=Ah/K(mVkg)现象P龟(MPa)Ah(m)v=Ah/K(nV/kg)现 象123456789101112131415161718等温实验时间=min等温实验时间=min等温实验时间=min六、实验结果及分析1. 按表121的数据仿照图124标准等温线在图125上绘制三条等温线。 标准等温线：压力P,MPn3.01U110.001 0.002160.0040.0060.0080.0100.012v 比容，nP/kg图124标准条件下CO： p-v图等温线9 8 7 6 (pd乏)亠5-40.0020.0040.0060.0080.0100.0112v(m3/k

23、g)图125实验条件下CO： /v图等温线2. 将实验测得的临界比容与理论讣算值填入表122。表122临界比容%（咖）标准值实验值RTC vc = LPc8 P0.00216七、实验讨论与误差分析1.将实验测得的等温线与图125所示的标准等温线比较，并分析实验误差和引起误 差的原因。2.将实验测得的临界比容的实验值与标准值及理论计算值比较，并分析实验误差和 引起误差的原因。Av思考题1. 质而比常数K值对实验结果有何影响？为什么？2. 为什么测量25C下等温线时，严格讲，岀现第1个小液滴时的压力和最后一个小 气泡将消失时的压力应相等？（试用相律分析）九、注意事项1. 实验压力不能超过8.0 M

24、Pa,实脸温度不髙于409。2. 应缓慢摇进活塞螺杆，否则来不及平衡，难以保证恒温恒压条件。3. 般，按压力间隔0.3MPa左右升压。但在将要岀现液相，存在气液二相和气相将 完全消失以及接近临界点的情况下，升压间隔要很小，升压速度要缓幔。严格讲，温度一 定时，在气液两相同时存在的情况下，压力应保持不变。4. 准确测出25C, 7.8MPa时CO2液柱高度川。准确测出25C下岀现第1个小液滴 时的压力和体积（高度）及最后一个小汽泡将消失时的压力和体积（高度）。5. 压力表读得的数据是表压，数据处理时应按绝对压力（=表压+大气压）。1.3绝热节流效应的测定实验一、实验目的绝热节流效应在工程上有很多

25、应用。如利用节流的冷效应进行制冷。节流效应也是物 性量，在研究物质的热力学性质方面有重要作用。如根据测左的节流效应数据可以推导出 较精确的经验状态方程式。测左绝热节流效应的基本方法是在维持气体与周伟I环境没有热 交换的条件下对气体节流，测量其节流前后的压力和温度。二、实验装置实验用的设备和仪器仪表有节流器、恒温器、标准压力表、温度计（测温电阻和电 桥）、大气压力计和气源设备等。实验装置系统如图1.3.1所示。空气压缩机4供给的空气先经过一组干燥器3。干燥器 内填装氯化钙、碳酸钠、硅胶等各种填料，除去空气中的水分和二氧化碳。进入节流器1 的空气温度用恒温器2控制，恒温器内布置8米长铜管构成的换热

26、器。肖流前的空气压力 由阀门5调右，并由节流器进气管上的压力表指示。节流后的空气压力用涮压阀6调整， 并由节流器排气管上的压力表指示。调压阀后的排气管上，还可以装孔板及压差计测量流 屋，作为实验的参考数据。1-节流器，2恒温器,3干燥器,4空气压缩机设备,5-阀门，6-调压阀图1.3.1绝热节流实验装辻系统装置中可以采用节流阀或多孔陶瓷管作为肖流件测定积分卩流效应。图1.3.2为陶瓷管廿流器的示意图。廿流器浸没在恒温器中。多孔陶瓷管1长约18厘 米。隔环3使透过陶瓷管的气流分为两股：隔环后的一股气流不冲刷测温电阻，用以消除 外壳法兰导热的影响：护环前的这股气流受玻璃管2导流，全部由玻璃管的一端

27、进入中心 区沿轴向流动，冲刷测温电阻。这种构造的节流器，陶瓷管件可以拆下，改装上用棉絮或 细毛毡制成的节流件来测定微分节流效应。式中，0,介为节流前气体的压力和温度，P2,为节流后气体的压力和温度直接测左积分节流效应很方便。只要实验的压力范围足够大，就可以根据直接测立的 不同压力降落时积分节流效应TT 数据，在图上画出一条等烤线，如图所示。等 焙线的斜率即为（1.3.1）式所表示的微分肯流效应。改变节流前气体的状态 s，W 可 以得到不同焰值的等焙线，从而求得微分节流效应与温度、压力关系。图1.3.3匸图上的等焙线四、实验步骤实验工作是测疑节流件两侧的空气压力和温度。压力和温度的测量要求较高的

28、精度。 测定微分节流效应和积分节流效应的方法分别如下：1. 微分节流效应维持节流前的空气压力为某一值，逐次改变节流前的空气温度，各次均在实验工况达 到稳龙后测量节流件两侧的压力和温度。改变节流前的空气压力值，按上述过程进行操作 和测星。实验中，节流件两侧的压力差要维持在的左右。根据实验测泄的节流件两侧空气的压力和温度的各组数据，由式（1.3.2）计算岀微分 节流效应的值，并用如下两种方式表示岀直接测立微分节流效应的全部结果：（1）列表表示微分节流效应“与节流前空气压力和温度的关系（2）以为纵坐标，右流前的空气温度为横坐标，节流前空气压力作为参考量，画 出由实验数据所得的一组表示与节流前空气温度

29、和压力关系的曲线。2. 积分节流效应维持节流前的空气压力和温度不变，逐次改变节流后的空气压力，各次均在实验工况 达到稳左后测量节流件两侧的压力和温度。改变节流前的空气温度（如升髙或降低10- 2（rc）,按上述过程操作和测量。用实验测立的节流前后压力和温度的各组数据，任T-P图上将节流前温度不变的一组 数据拟合为一条等焙线。根据式（1.3.1）,在等焰线上作不同点的切线，求岀空气在不同 状态下的一组微分节流效应值。用前述列表和曲线图两种方式，表示出通过测定积分节 流效应确立的微分节流效应的全部实验结果匚课程名称：学院：专业：年级：姓名：学号：成绩：五、数据处理用实验测立的节流前后压力和温度和各

30、组数据，任7图上将卩流前温度不变的一组 数拟合为一条等焰线。在等焰线上作不同点的切线，求出空气在不同状态下的一组微分节 流效应值。用前面列表和曲线图两种方式，表示出通过测定积分节流效应确左的微分节 流效应的全部实验结果。六. 实验数据流 S(nrVh)Pi/ MPaP2/ MPatJ“ctJcC /( ) MPa0T“ =(“由实验测得节流前后的温度和压力，根据公式&P ,运用该公式的差分格AT11 =(人式有,将数据代入求得微分节流效应“如表格中的数据所示。h.根据数据作出CO2的绝热节流过程中的泄焰线如下图所示：14-12-10-赳 8-6-+ -2-2.3- 2.4 2.5 2.6 2.

31、7 2.S 2.9 1.0 21 3.2 3.3 3.4 3.5压强C.不同状态下的微分节流效应值如下图所示：（图中曲线斜率近似为各状态的微分右流效应值）七、思考题1. 试分析所用的实验设备是否维持了绝热条件，有哪些影响因素?2. 试比较直接测左微分E流效应和通过测左积分右流效应确泄微分节流效应两种方法 的优缺点。3与标准曲线相比，实验得到的曲线偏差如何？试分析原因。1.4喷管中气体流动实验一、实验目的1、巩固和验证气流在喷管中流动的基本理论。2、了解气流在喷管流动中的压力、流虽的变化规律及测试方法。3、加深对临界状态基本概念的理解。二、实验原理1. 喷管中气体流动的基本规律根据气体在喷管中作

32、一元稳左等嫡流动的特点，我们得到气体在变截而管道中，气流 速度“、密度Q、压力的变化与截面A的变化及马赫数M （速度V与音速“之比）的大小 有关。它们的变化规律如表141所示。表1-4.1气流速度“、密度。、压力p的变化与截面A的变化及马赫数的关系渐缩管经Jr新扩管-cd:Jp dfi dx &-Ldp dp01C101cc由此可以得到下面一些结论:dA 在亚音速（M0的管道（渐扩管）里，速度减少，而密度、压力增大。 在超音速（M 1）等爛流动中，情况正好与亚音速流动的特点相反，气体在渐 缩管中速度减少，而压力、密度增大；在渐扩管中速度增加，密度、压力降低。 因此要想获得超音速气流，就必须使亚

33、音速气流先在渐缩管中加速。当气流被加 速到M=l,即达到临界状态时，要改用渐扩管，以使气流继续加速到超音速，如图141 所示。2. 喷管中的流量加计算根据气体一元稳定等燔流动的连续方程、动量方程、能量方程及绝热气体状态方程、 等爛过程方程，得到气流在喷管中流虽:m的表达式为：.V = l图141渐扩管曇=fl2Z竺也(1)7 _(厶) ”K 1 岭Po Po(1.4.1)式中：fit出口而积nFv2：岀口速度m/spo:出口滞止压力o：岀口比容2：出口滞止比容P2：岀口压力K：绝热指数由式（1）可以看出：当P2=P（）时，加=0当小=0时，川=00/?2內时，流呈:加将存在一个最大值加nux。

34、dm 门=0 令切2,得2丄(1.4.2)P1 =內（一T很显然，满足式（2）的门即为临界值处。对应于该截而上的气流速度V2将达到音速将K=L4代入（2）得:(1.4.3)Pl = Pc = 0-528/7()将（2）式代入（1）式得必mx的表达式为:max=fl(1.4.4)3. 喷管中的实际流量前面（1.4.1）、（1.4.4）式给岀理想流动的流量表达式。实际上，由于气流与管 壁的摩擦所产生的边界层，减少了流动截面积。因此，实际流量是小于理论流量。二者之 比称为流量系数。本实验台是采用锥形入口孔板流量计来测呈:喷管的实际流量。根据孔板 流量计上所显示的压差（在U形管压差计上读出）求得流量川

35、与压差的关系表达 式为：m = 1.373x1()1 e 0厂(1.4.5)班流速膨胀系数）=1 - 2.873 X102込 式中：0气态修正系数）=0.538J；%!z:几何修正系数（标泄值）W： U形管压差计读数(mmH20)Pa：大气压室温。cm流量也可以用图1.4.7给出的湎心曲线査得。在实际的测试中，由于喷管前装有孔板流量计，将有压力损失。对本实验台，损失等 于压差计读数的97%0这样，进口压力p为：P1 = Pa -0.97(1.4.6)为了消除进口压力刃改变的影响，在绘制各种曲线时，采用压力比作坐标：压力曲线 PPb用刃一廿流量曲线用加一。由于实验台采用的是頁空表测压，因此临界压

36、力处在真空表上的读数几(真空度)为:Pc = Pa 一 Pc(1.4.7)将(1.4.3)式代入(1.4.7)式得：Pc = Pa -0.528!(1.4.8)最后将(1.4.6)式代入(1.4.8)式得：；=几一528(几-3)(般 pi =/?o)(1.4.9)=0.472几 +0.51三、实验装置实验装置如图1.4.2所示，主要由真空泵和喷管实验台主体组成。由于真空泵的抽吸，空气由进气口 2进入吸气管1 (57x3.5的无缝钢管)中，经过 孔板流量计3 (07)进入喷管。流量的大小可由U形管压差计4上读出。喷管5用有机玻 璃制成，有渐缩喷管与缩放喷管两种型式，如图1.4.3、图1.4.4

37、所示。可根据实验要求， 松开夹持法兰上的螺怨向左推开三轮支架6,更换所需要的喷管。喷管各截而上的压力， 可从可移动的真空表8上读岀。真空表8与内径为0.8的测压探针7相连。探针的顶端封 死，在英中段开有径向测压小孔。通过摇动手轮螺杆机构9,可使探针7沿喷管轴线左右 移动，从而改变测压孔的位垃，进行喷管中不同截面上压力的测量。测压孔的位置，可以由位于可移动真空表8下方的指针，在坐标板上所指岀的x值来1 进气管2空气吸气口 3孔板流虽il 4.U形管压差计或压差传感器5喷管6三轮支架7测压探压针8可移动真空表9位移螺杆机构及位移传感器10背压真空表11 背压（罐前）调节阀12真空罐13 软管接头14 仪表箱15 差压传感湍16 背压传感器17 移动压力传感器图1.4.1实验台总图立。喷管的排气上还装有背压必真空表10。背压由调节阀11调1匚真空罐12前的调节阀 11用于急速调节。直径为100的真空罐12是用于稳定背压必的作用。为了减少振动，泵与罐之间用软 管13连接。在实验中需要测量4个变量：测压探针7上测压孔的水平位置x；气流沿喷管轴 线x截而上的压力力;背压