Экспериментальная установка. Отчет по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АДИАБАТНОГО ИСТЕЧЕНИЯ ГАЗА ЧЕРЕЗ СУЖИВАЮЩЕЕСЯ СОПЛО ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ

 

Выполнил: студент гр. 2-2^хх

И.С. Астафьев

Принял: доц. каф. ТОТ

И.М. Чухин

Оценка ___________

 

Иваново 2012

Цель работы

 

Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло при различных давлениях за сопловым каналом.

 

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(P_к) - расходная характеристика;

Р₁=F(P_к) - изменение давления в минимальном сечении сопла.

4. Построить зависимость коэффициента расхода сопла μ=G_оп/G_теор от давления за соплом P_к.

5. Провести анализ процесса истечения через сопловой канал на основании построенных зависимостей G, P₁, μ от давления Р_к.

6. Определить для одного из режимов истечения коэффициент потерь сопла ζ и скоростной коэффициент сопла φ. Данный пункт выполняется по указанию преподавателя.

 

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 t_o 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 t_o измеряется лабораторным ртутным термометром с ценой деления 0,1 ^оС, а давление В - ртутным барометром (оба прибора находятся в помещении лаборатории).

4. Журнал наблюдений
5. Схематичное изображение докритического и критического режимов истечения газа в Т,s - диаграмме.

 

Рис. 3. Изображение процессов истечения газа через суживающееся сопло в T, s – диаграмме:

а – докритическое истечение, б – критическое истечение

 

Данный рисунок позволит более наглядно представить физическую природу процессов истечения газов через суживающееся сопло и понять методику их расчета.

 

Расчет процесса истечения

Давления

Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло P_О'. Оно меньше атмосферного P_О на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2 см. рис.3)

P_О' = P_О – ΔH = 10⁵ - 67,8 = 10⁵, Па,

где P_О =(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 P_к рассчитываются по показаниям индикаторных приборов ΔP₂ и ΔP₃, исходя из того, что их размерность соответствует кГс/см²:

P₁ = P_О – ΔР₂·0,981·10⁵ = 10⁵ – 0,1∙0,981∙10⁵ = 0,902∙10⁵, Па,

P_К = P_О – ΔР₃·0,981·10⁵ = 10⁵ – 0,1∙0,981∙10⁵ = 0,902∙10⁵, Па.

Теоретическое давление в минимальном сечении сопла заносится в журнал наблюдений после анализа экспериментальных данных процесса истечения.

 

Анализ процесса истечения

 

Характер процесса истечения газа через сопловый канал определяется степенью изменения давления ε и давлением за сопловым каналом Р_К:

, она сравнивается с ;

где к = с_Р/c_v (для воздуха к = 1,4; ε_КР = 0,528).

P_КР = P_О’ε_КР;

при P_К > P_КР и ε > ε_КР - истечение докритическое: P₁ = P_К;

при P_К ≤ P_КР и ε ≤ ε_КР - истечение критическое: P₁ = P_КР.

Таким образом, теоретическое давление в минимальном сечении сопла будет равно давлению за соплом P_1теор = P_к в режимах докритического истечения, когда P_к>P_кр. Во всех режимах критического истечения P_к≤P_кр, теоретическое давление в минимальном сечении сопла остается неизменным и равным критическому давлению P_1теор=P_кр=P_o' ε_КР.

Исходя из вышеизложенного, заполняется графа P_1теор журнала наблюдений.