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空气在喷管中流动性能的测定
一、实验目的和任务
　　1. 目的：巩固和验证有关喷管基本理论，熟悉不同形式喷管的机理，掌握气流在喷管中流速、流量、压力变化的规律及有
关测试方法。
　　2. 任务：分别对渐缩喷管和渐放喷管进行下列测定：
　　（ 1 ）测定不同工况（初压 p 1 不变，改变背压 p b ）时期流在喷管中的流量 m ；绘制 m-p b 曲线；比较最大流量
m max 的计算值和实验值；确定临界压力 p 0 。
　　（ 2 ）测定不同工况时气流沿喷管各截面（轴线位置 X ）的压力 p 的变化；绘制出一组 p-X 曲线；分别比较临界压力
p 0 - 的计算值和实验值；观察和记录 p 0 - 出现在喷管中的位置。
　　（ 3 ）通过电测装置，在 X-Y 记录仪上绘制出 m-p b 曲线和 p-X 曲线，并与所测定的 m-p b 曲线和 p-X 曲线，分析
异同点及原因。
二、实验原理
　　1. 在稳定流动中，任何界面上质量流量都相等，且不随时间变化，流量大小可由下式决定：

　　式中： k —比热比（绝热指数， k=c p /c v ）
　　A 2 —— 出口截面积（ m 2 ）
　　v —气体比容（ m 3 /kg ）
　　p —压力（ Pa ）
角注号： 1 指喷管入口， 2 指喷管出口。
　　若降低背压，使渐缩喷管的喉部压力 p 降至临界压力时，喷管中的流量最大值：

　　临界压力 p 0 的大小为：

　　喷管中的流量 m 一旦达到最大值，再降低到背压 p b ，流量 m 保持不变，流量 m 随背压 p b 的变化管子的变化关系
如图 1 、 2 所示：
　　缩放喷管与渐缩喷管的不同点是，流量到达最大值时的最高背压 p b 不再是 p 0 ，而应是某一压力 p f 。

　　仍为 p d ，但随即在出口产生斜激波（ p b <p 0 或正激波 p b =p 0 ），使压力由 p d 升高至 p b ，当 p 0 <p b
≤ p f ，正激波由管口移到了管内， p b 越高，越往前移。通过正激波压力跃升，气流由超音速变为亚音速，然后沿扩大段
扩压减速流至出口，压力等于背压 p b ，对于上述诸工况，喉部始终保持临界状态。当 p b >p f ，整个喷管内都是亚音速气
流。喉部不再是临界状态，缩放喷管成为文德利管（渐缩管）。
　　注： p f 、 p d 、 p 0 请看图 4 。

三、实验装置
　　实验装置由实验台本体、真空泵、电测仪器三大部分组成。
　　实验台本体结构如图 5 所示，空气自吸气口 2 进入气管 1 ，流过孔板流量计 3 ，流量的大小可以从U 型管压差计 4 读
出，该管 5 用有机玻璃制成，有渐缩和渐放两种形式如图 6 、 7 所示，根据实验要求，可松开夹持法蓝上的螺栓，向左推开
进气管的三轮支架 6 ，变换所需的喷管。喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探针7 连至可移动标准真空表 8 测得他
们的移动通过手轮螺杆机构 9 实现。在喷管后的排气管上还装有背压真空表10 、真空罐 12 ，起稳定背压的作用，罐内的真
空度通过背压调节阀 11 来调节，为减少振动，真空罐与真空泵之间用软管连接。真空泵是 1401 型，排气量为 3200 升／分
。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，函数记录仪等。负压传感器，压差传感器，位移电位
器分别将可移真空表、型压差计、测压探针在该管内不同截面上的压力转换为电讯号输入记录仪，直接绘出试验曲线，以上电测
仪器均有直流稳压电源供电。
四、实验步骤

　　分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤：

　　4 ．调节不同的 p h ，要动手轮，是 X 自喷管进口逐步移至出口外一段距离，记录不同的 X 值下的p 值，以测定不同工况下的 p
— X 曲线。　
　　5.接通电测仪器，分别记录 m — p 曲线和 p — X 曲线。
　　6.停车。
　　7.认真做好原始记录。
　　　　（１）设备数据记录：设备名称、型号、规格等。
　　　　（２）常规数据记录：当地大气压力、室温、试验环境状况。
　　　　（３）技术数据及绘制的图形等记入附表内。

五、实验数据整理
　　1. 因进气管中气流速度很低，在最大流量时，其数量级是 1m/s 所以可以近似认为初压 p 1 和初温 t 1 即是气流的总压和总温。初
温 t 1 等于大气温度 t 0 ，初压 p 1 略低于大气压 p 0 ，可按
计算。
　　2. 孔板流量计流量的计算公式为：

　　式中 ε—流速膨胀系数
　　β—气态修正系数
　　γ—几何修正系数（需标定，本实验条件下 γ=1 ）
　　— U 型压差计读数（ mmH 2 O ）
　　p 0 —— 大气压力（ Pa ）
　　t 0 —大气温度（℃）
　　图 8 为孔板流量计的 的关系曲线