PAGEPAGE實驗一噴管實驗實驗目的和任務目的：鞏固和驗證有關噴管基本理論，熟悉不同形式的噴管的機理，掌握氣流在噴管中的流速、流量、壓力變化的規律及有關測試方法。任務：分析對漸縮噴管和縮放噴管進行下列測定：測定不同工況（初壓P1不變，改變背壓Pb）時氣流在噴管中的流量m；繪制ｍ-Pb曲線；比較最大流量的計算值和實測值；確定臨界壓力PC。測定不同工況時氣流沿噴管各截面（軸線位置X）的壓力P的變化；繪制一組P-X曲線；分析比較臨界壓力PC的計算值和實驗值；觀察和記錄PC出現在噴管中的位置。通過電測裝置，在X-Y記錄儀上繪制出ｍ-Pb曲線和P-X曲線，并與所測定的ｍ-Pb曲線和P-X曲線相比較，分析異同點及原因。實驗原理在穩定流動中，任何截面上質量流量都相等，且不隨時間變化，流量大小可由下式決定；（1）式中：K比熱比（絕熱指數）A2—出口截面積[ｍ2]υ－氣體比體積[ｍ3/kg]P－壓力[bar]角注符號：1指噴管入口，2指噴管出口。若降低背壓，使漸縮噴管的出口壓力P2或縮放噴管的喉部壓力P降至臨界壓力時，噴管中的流量達最大值，即臨界壓力PC：=0.685=0.0404（1）噴管中的流量ｍ一旦達到最大值，再降低背壓Pb流量ｍ保持不變，流量ｍ隨背壓Pb的變化關系如圖5、7所示。縮放噴管與漸縮噴管的不同點，流量達最大值時的最高背壓Pb,不再是PC,而是某一壓力Pf。沿噴管軸線X各截面的壓力P，在噴管形狀和工質的初狀態及背壓一定時，可根據連續性方程和狀態方程計算而得，也可用實驗方法測得如圖4、6所示的圖形。圖4所示的一組曲線表明，在理論上漸縮噴管內任何截面的壓力都不可能低于臨界壓力PC,當背壓低于PC時，氣流在管外繼續膨脹。圖6所示的一組曲線表示在不同的背壓Pb下，縮放噴管內各截面上壓力P的變化情況。當Pb<Pd,氣流在管內膨脹不足，只能在管外繼續膨脹。當Pb=Pd,氣流在管內得到完全膨脹，出口壓力與背壓一致，稱為設計工況。相應地，稱Pb<Pd為超設計工況，Pb>Pd為亞設計工況。亞設計工況有可分幾種工況，當Pd<Pb≤Pe,氣流在管內膨脹過度，出口壓力仍為Pd,但隨即在出口產生斜激波（Pb<Pe）或正激波（Pb＝Pe）,使壓力由Pd升高至Pb。當Pe<Pb≤Pf,正激波由管口移到管內。Pb越高，越往前移。通過正激波壓力躍升，氣流由超音速變為亞音速，然后沿擴大段擴壓減速流至出口，壓力等于背壓Pb。對于上述Pb≤Pf諸工況，喉部始終保持臨界狀態。當Pb>Pf,整個噴管內都是亞音速氣流，喉部不再是臨界狀態，縮放噴管成為文德利管。實驗裝置實驗裝置由實驗臺本體、真空泵、電測儀器三大部分組成。實驗臺本體結構如圖1所示。空氣自吸氣口2進入進氣管1，流過孔板流量計3，流量的大小可以從“U”形管壓差計4讀出。噴管5用有機玻璃制成，有漸縮和縮放兩種形式如圖2、7所示。根據實驗要求，可松開夾持法藍的螺栓，向左推開進氣管的三輪支架6，更換所需的噴管。噴管各截面上的壓力是由插入噴管內的測壓探針7連至可移動標準真空表8測得，它們的移動通過手輪——螺桿機構9實現。在噴管后的排氣管上還裝有背壓真空表10，真空罐12起穩定背壓的作用。罐內的真空度通過背壓調節閥11來調節。為減少震動，真空罐與真空泵之間用軟管連接。真空泵是1401型，排氣量為3200升/分。電測儀器：負壓傳感器、壓差傳感器、位移電位器、直流穩壓電源。函數記錄儀等。負壓傳感器、壓差傳感器、位移電位器分別將可移真空表、U形管壓差計、測壓探針在噴管內不同截面上的壓力轉換為電訊號輸入記錄儀，直接繪出實驗曲線。以上電測儀器均由直流穩壓電源供電。實驗步驟：分別對漸縮噴管和縮放噴灌進行如下相同步驟：裝好噴管。對真空泵作開車前檢查（檢查傳動系統、油路。水路。）檢查無問題后打開背壓調節閥，用手轉動真空泵飛輪一周，去掉氣缸中過量的油，開啟電動機，當達到正常轉速后即可開始實驗。將測壓探針上的測壓孔移至噴管出口之外一段距離之后保持不動，此時Pz=Pb。改變調節閥的開度，調節背壓Pb自P1開始逐漸降低，記錄在不同Pb下的孔板壓差ΔP值，以備計算流量及繪制ｍ-Pb曲線。實驗時注意記下ΔP開始達到最大值的Pb，以求得PC及Pf值。調節不同的Pb搖動手輪，使X自噴管進口逐步移至出口外一段距離，記錄不同X值下的P值，以測定不同工況下的P－X曲線。接通電測儀器，分別記錄ｍ-Pb曲線和P－X曲線。停車。認真做好原始記錄。⑴設備數據記錄：設備名稱、型號、規格。⑵常規數據記錄：當地大氣壓、室溫、實驗環境狀況。⑶技術數據及繪制的圖形等計入附表內。實驗數據整理因進氣管中氣流速度很低，在最大流量時其數據級1m/s,可近似認為初壓P1和初溫t1既是氣流的總壓和總溫。初溫t1等于大氣溫度ta,初壓P1略低于大氣壓pa可按計算。孔板流量計流量的計算公式為：m＝1.373×10-4[kg/s]式中ε－流束膨脹系數ε＝1－2.873×10－2β－修正系數γ－幾何修正系數（標定）ΔP-U形壓差計讀數[mmH2O]Pa-大氣壓力[mbar]ta－大氣溫度[℃]圖8為孔板流量記的—ΔP曲線。試驗報告（包括如下內容）簡述實驗原理與過程。各種數據的原始記錄。實驗結果整理后的數據，包括最大流量mmax臨界壓力PC、以及ｍ-Pb曲線和P－X曲線；分析實驗值與計算值，分析測定曲線與函數記錄儀繪制曲線異同點及其產生原因。通過對實驗的收獲體會及對實驗的改進意見。思考題何謂噴管的臨界狀態？臨界壓力Pc如何確定？漸縮和縮放噴管出口截面壓力P2與背壓Pb之間有何關系？漸縮噴管的P2降到臨界壓力Pc以下嗎？縮放噴管的Pz能降到Pc以下嗎？4、漸縮和縮放噴管的臨界壓力Pc各出現的位置在何處：各截面流量相同嗎？

噴管實驗記錄（一）室溫：ta=當時當地氣壓：Pa=表1噴灌型式主要參數最小喉口截面積：噴管入口壓力P1噴管背壓Pb噴管流量真空度[mmHg]絕對壓力[mmHg]真空度[mmHg]絕對壓力[mmHg]孔板壓差ΔP[mmH2O]m[kg/s]測定的流量背壓曲線臨界壓力Pc[bar]計算值最大流量mmax[kg/s]計算值實驗值實測值試驗者_______________年______月_____日

噴管實驗記錄（二）表2噴管型式噴管截面至入口距離X[mm]截面壓力P[mmHg]Pb<PcPb=PcPb>Pc真空度絕對壓力真空度絕對壓力真空度絕對壓力入口51015202530出口測定的壓力截面距離曲線實驗情況分析試驗者______________________年______月____日注：1、表1、2在實驗報告中一式二份。為漸縮噴管、縮放噴管的記錄。表1、2中的曲線用方格紙繪制，記錄儀繪制曲線另附頁。

實驗二壓氣機性能實驗壓氣機在工程上應用廣泛，種類繁多，但其工作原理都是消耗機械能或電能而獲得壓縮氣體，壓氣機的壓縮指數和容積效率等，是衡量其性能優劣的重要參數，本實驗是利用微機對氣體的有關參數進行實時動態采集，經計算處理，得到展開的和封閉的示功圖，從而獲得其平均壓縮指數n、容積效率、指示功Wc、指示功率P等性能參數。一、實驗目的掌握用微機檢測指示功率，壓縮指數和容積效率等基本操作測試方法；掌握用面積儀測量不同的面積，并計算指示功，指示功率壓縮指數和容積效率。對微機采集數據和數據處理的全過程和方法有所了解。二、實驗裝置及測試系統本實驗裝置主要由壓氣機與其配套的電動機以及測試系統組成。測試系統包括壓力傳感器、動態應變儀、放大器、A/D板、微機繪圖儀及打印機。詳見圖1所示。圖1計算機采集壓氣機數據實驗裝置接線圖壓氣機型號：Z—0.03/7汽缸直徑：D=50mm、活塞行程：L=20mm連桿長度：H=70mm、轉速：n=1400轉/分為獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機汽缸上裝了一個應變式壓力傳感器，供實驗時輸出汽缸內的瞬態壓力信號，該信號經橋式整流以后送至動態應變儀放大；對應活塞上止點的位置，在飛輪外側粘著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞上止點的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，以達到壓力和曲柄轉角的同步，這二路信號經放大器，分別使放大后送入A/D板轉換為數值量，然后送到計算機。經處理便得到了壓氣機工作過程中的有關數據及展開示功圖和封閉示功圖。三、實驗原理指示功和指示功率指示功——壓氣機進行一個工作過程，壓氣機所消耗的功Wc，顯然其值就是P—V圖上工作過程線cdijc所包圍的面積，即[kgf—m]式中：S—測面儀測定的P—V圖上工作過程線所為的面積[mm2]K1—單位長度代表容積[mm3/mm]K1=L—活塞行程[mm]gb—活塞行程的線段長度[mm]K2=P2—壓氣機排氣工作時的表壓力[at]；—縱坐標上對應的高度[mm]；P—指示功率，即：單位時間內壓氣機所消耗的功，可用下式表示P=NWc/102×60[KW]式中N—轉速[轉/分]平均多變指數壓氣機的實際壓縮過程介于定溫壓縮與定熵壓縮之間。即多變指數n的范圍為1<n<k，因為多變過程的技術功是過程功的n倍，所以n等于P-V圖上壓縮過程線與縱坐標軸圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標軸圍成的面積之比，即：n=由cdefc圍成的面積/由cdabc圍成的面積容積效率（ηv）由容積效率的定義：ηv＝有效吸氣體積/活塞位移體積在(P-V)示功圖上。有效吸氣過程線段長度與活塞行程線段長度之比等于容積效率。四、實驗步驟微機檢測操作按圖1連接所用測試儀設備及電源。接通計算機電源，把軟件插入計算機。在鍵盤上按basica，并按回車鍵，OK出現。在鍵盤上按F3鍵喉再按chp12，按回車鍵。根據計算機顯示進入人機對話操作。將指示功、指示功率、多邊指數、容積效率等參數記下。用打印機打出示功圖供人工計算。人工手算操作（參看面積儀的使用）用側面儀測定示功圖的面積cdijc和線段gh與fe的長度。人工計算指示功、指示功率。分別測量壓縮過程與橫坐標包圍的面積cdabc及壓縮過程線與縱坐標軸包圍的面積cdefc求出多邊指數n.用尺子量出反映有效吸氣線段hb的長度和反映活塞行程線段gb的長度，求出容積效率。五、實驗報告內容測量并計算出指示功和指示功率。求出多變壓縮指數。求容積效率。分析壓氣機增壓比的改變將對容積效率有何影響。六、思考題活塞式壓氣機工作時，其壓縮指數變化的范圍是多少？什么情況下最省？試由所測示功圖分析該壓氣機工作是否正常？附：面積儀及其使用方法面積儀是一種測量平面封閉圖形面積的工具，根據經過計算機處理得到的活塞式壓氣機的封閉示功圖，利用面積儀測出該示功圖的有關面積并用直尺量出有關線段的長度，即可得出壓氣機的耗功、多變壓縮指數和容積效率。當描針沿被測面積的邊緣移動時，測輪隨之滾動的弧長和被測面積的大小成正比。因此，當描針沿被測面積的邊緣移動一圈后，就可以直接從測輪的計量機構上讀出所測面積的數值。面積儀讀數：測輪轉一周記錄輪轉一格。測輪分為10大格，每大格又分為10小格。游標上亦有10格，這10格的總長度與測輪的9小格長度相等。利用這套計量機構可讀出四位數字。三者的讀數關系如下：游標上一格相當于10mm2；測輪上一小格相當于100mm2；測輪上一大格相當于1000mm2；記錄輪上一大格相當于10000mm面積儀的使用方法:將待測的封閉示功圖用膠紙固定在平整的桌面上；根據圖形大小，移動滑架調節描筆長度，以選取適當的比例（對于示功圖通常取1:1，此時描臂長34cm）；3、把極針固定在適當的位置上，裝好面積儀。先用描針粗略地沿所測面積的邊緣移動一周，以檢查比例是否合適，測輪轉動是否靈活；4、在所測示功圖邊緣上任選一點作為起點，將描針移至起點，將面積儀上的游標、測輪、記錄輪都調整到“0”處，再將描針準確地沿圖形邊緣按順時針方向移動一周，回到起點，此時面積儀上顯示的讀數就是所測圖形的面積。為了使讀數準確，通常應測2～35、面積儀是比較精密的儀器，使用時應輕拿輕放，切不可碰撞。

實驗三蒸汽壓縮制冷性能實驗試驗目的加深了解制冷循環系統的組成。學習測定制冷機性能的方法。通過實際測定和制冷機運行，分析影響制冷機性能的因素。試驗裝置試驗采用教學用制冷壓縮機性能試驗臺。試驗臺采用封閉式制冷壓縮機，蒸發器和冷凝器均為水換熱器。壓縮機的軸功率通過輸入電功率來計算。試驗臺得主試驗為液體載冷劑法，輔助試驗為水冷冷凝器熱平衡法。試驗臺的制冷循環系統見圖1，水循環系統見圖2。各測溫點均用銅電阻溫度計。1、壓縮機2、冷凝器3、截至閥4、干燥過濾器5、過冷溫度計6、節流閥7、蒸發器8、吸氣溫度計9、吸氣壓力表10、吸氣閥11、排氣閥12、排氣壓力表13、排氣溫度表14、電流表15、電壓表圖1制冷循環系統簡圖1、蒸發器2、冷凝器3、溫度計4、加熱器5、閥門6、水泵7、蒸發器水箱8、溢流水箱9、冷凝器水箱10、流量計11、出水管（可轉動）圖2水循環系統簡圖實驗方法和步驟實驗前準備預習試驗指導書和安裝使用說明書，詳細了解試驗臺各部分的作用，掌握制冷系統的操作規程和制冷工況的調節方法，熟悉各測試儀表的安裝使用方法。按安裝使用說明書規定方法啟動水循環系統及制冷循環系統按指導教師要求并參考安裝使用說明書介紹的方法調節實驗工況進行測試待工況調定后，即可開始測試，測定該工況下的蒸發（吸氣）壓力、冷凝（排起）壓力、吸氣溫度、排氣溫度、過冷溫度、蒸發器和冷凝器的進出水溫度