Исследование адиабатного процесса истечения воздуха из суживающегося сопла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа №2

Исследование адиабатного процесса истечения воздуха из суживающегося сопла

Цель работы - исследование зависимости скорости и расхода воздуха при его адиабатном истечении из суживающегося сопла от отношения давлений за соплом - Р₂ и перед ним - Р₁ ( = Р₂/Р₁). Определение скоростного коэффициента сопла - = W_2д / W_2т, где W_2т - теоретическая скорость истечения; W_2д - фактическая скорость, рассчитанная по измеренному расходу воздуха.

Описание установки

Установка состоит из следующих основных элементов: компрессора - Км, служащего для нагнетания воздуха в ресивер; ресивера - Рсв, имеющего достаточный объём, чтобы сгладить пульсации и обеспечить постоянство давления на входе в сопло; трубы - Тр внутренним диаметром 25 мм с встроенным внутри её суживающимся соплом, выходное отверстие которого имеет диаметр d₂ = 2 мм; расходомера - Рсх, тарированного для показания массового расхода воздуха в кг/ч; регулятора давления за соплом - Рег, при открытии которого давление Р₂ снижается от Р₁ до 0, так как выход из него соединен с вакуумной камерой. Все элементы установки соединены трубопроводами. Давление на входе и выходе из сопла измеряется образцовыми манометрами - МО. Температура воздуха на входе в сопло равна температуре в помещении, а температура потока за соплом измеряется термопарой - Тмп и милливольтметром - МВ. Снаружи труба покрыта слоем тепловой изоляции в виде мата с минеральной ватой для обеспечения адиабатности потока. Схема установки показана на рис. 1.

Методика проведения опытов

При закрытом регуляторе давления включается компрессор и воздух закачивается в ресивер до тех пор, пока его давление не достигнет заданного (от 2 до 5 бар). Компрессор отключается автоматически при достижении заданного давления. Перед началом опыта давление Р₂ равно Р₁, а температура t₂ = t₁. Расход воздуха G_В = 0.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Условные обозначения: Км - компрессор; Рсв - ресивер; Тмп - термопара; Тр - труба с соплом; МВ - милливольтметр; МО1, МО2 - образцовые манометры; Рсх - расходомер; Рег - регулятор давления.

При открытии регулятора давления расход и скорость воздуха увеличиваются, давление за соплом Р₂ и температура t₂ снижаются.

Запись показаний приборов начинается при Р₂ = Р₁. В течение одного опыта давление на входе в сопло - Р₁ и температура - t₁ сохраняются постоянными. Запись температуры - t₂, давления - Р₂ и расхода воздуха - G_В производится в журнал наблюдений по форме приведенной ниже.

По измеренным значениям строится зависимость расхода - G_В (кг/ч) от отношения давлений - . По рассчитанным величинам строится график скорости (м /с) W_2д = f(). Измеренная температура t₂ является величиной, относящейся к выходному сечению сопла, т.к. измеряется непосредственно на выходе из сопла. Измеренное давление Р₂ является давлением за соплом, а давление в выходном сечении Р_2д рассчитывается по формулам, приведенным ниже.

G, кг/ч W, м/с

0 0,5 1

Рис. 2. Зависимость расхода и скорости от отношения давлений

Обработка измерений и выполнение расчётов

Как уже указано выше, отношение давлений определяется по формуле:

= Р₂ / Р₁ для каждого измеренного значения давления Р₂. Экспериментальное значение _кр определяется по графику G_В = f() как значение , при котором расход воздуха перестает изменяться. Расчётное значение _кр = = 0.528, где k = 1,4 показатель адиабаты для воздуха. Давление в выходном сечении сопла Р_2д = Р₂ при значениях _кр, а при < _кр это давление определяется по формуле Р_2д = Р_1*кр и остаётся постоянным, так как скорость в том же сечении равна местной скорости звука. Именно поэтому дальнейшее снижение давления за соплом не приводит к увеличению расхода.

Абсолютная температура на выходе из сопла: Т_2д = t_2д +273, К.

Плотность воздуха, приведенная к выходным параметрам сопла, определяется по формуле:

_2д = _0*,

где ₀ = 1,29 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях:

Р₀ = 1,01325 бар; Т₀ = 273 К.

Объёмный расход воздуха (м³/ч), приведенный к параметрам выходного сечения сопла, определяется по формуле: V_2д = G_В/_2д.

Действительная скорость в выходном сечении сопла определяется следующим выражением: W_2д = V_2д /(3600*f_2д),

где f_2д = _*d₂²/4 = 3.1415_*10^-6 м².

Теоретическая скорость истечения из сопла определяется по формуле:

W_2т = ,

расход воздух сопло давление

где R = 287 Дж/(кг_*К) - удельная газовая постоянная для воздуха, Т₁ абсолютная температура воздуха на входе в сопло.

С учётом численных значений констант эта формула для воздуха может быть представлена в виде: W_2т = .

Скоростной коэффициент сопла - рассчитывается как отношение действительной скорости к теоретической: = W_2д/ W_2т.

Выполнение лабораторной работы на компьютере.

Модель лабораторной работы, созданная в виде программы Visual Basic, позволяет провести работу и получить необходимые результаты с достаточной точностью на персональном компьютере. Минимальные требования: Pentium I, Windows 98 или ХР, установленная среда программирования Visual Basic 6.0, монитор 15» или 17». Для выполнения работы запустить файл LabSoplo.exe, ввести давление перед соплом (целое число от 2 до 5 бар) в диалоговом окне и записать все начальные параметры. Для снижения давления за соплом щёлкнуть кнопку открытия регулятора давления «» и записать измерения. Далее повторять эти действия до тех по пока > 0. Для возврата к исходному состоянию нужно закрывать регулятор кнопкой «».

Для окончания опыта щёлкнуть левой кнопкой мыши на поле графика.

Затем необходимо повторить опыт с другим давлением на входе. Для повторения щелкнуть кнопку «Повторение опыта».

Размещено на Allbest.ru