Описание лабораторной установки

Схема рабочего участка для данной лабораторной работы представлена на рис. 3.

Рисунок 3 - Схема рабочего участка установки (плоское сопло Лаваля).

Поток воздуха движется под действием перепада давления между атмосферным давлением р_н на входе и пониженным противодавлением p_пр, создаваемым вакуум-насосом за соплом. Внутри сопла вдоль оси находится трубка диаметром d = 1,5 мм. Для измерения статического давления потока воздуха на боковой поверхности трубки находится отверстие диаметром d = 0,4 мм. Один конец трубки (задний) запаян, а передний сообщается с вакуумметром. Положение отверстия трубки фиксируется соединённым с ней указателем на внешней стороне стенки сопла. Перемещение трубки с боковым отверстием вдоль оси сопла осуществляется с помощью винтового устройства и позволяет измерить статическое давление воздуха в любом сечении сопла. Минимальное сечение сопла расположено на расстоянии l = 20 мм от входа,

расчётное сечение на выходе (сеч. а) на расстоянии l=60 мм от критического. Общая длина сопла l = 80 мм. Толщина сопла h = 6 мм. Ширина сопла в узком сечении в_у= 9 мм, в сечении на выходе из сопла в_а = 13 мм, в сечении 0 на входе в_о = 36 мм.

Порядок выполнения работы

1. Для записи показаний приборов и результатов вычислений заготавливается протокол эксперимента см. рис 1

2.Измерить давление p_н и температуру t_н в помещении лаборатории.

3. Включить вакуум-насос.

4.Проверить готовность установки к эксперименту. При этом трубка внутри сопла должна быть установлена так, чтобы центр её бокового отверстия совпадал с входным сечением сопла, когда l = 0.

5.Плавно открыть полностью расходный вентиль 3 установки (раздел 1, рис. 1).

6.Измерить противодавление за соплом, р^пр_вак

7.Измерить статическое давление потока воздуха в сечениях, указанных в образце протокола. Для этого вращением винта перемещать отверстие трубки вглубь сопла согласно координатам сечений.

8.Увеличить противодавление за соплом, плавно прикрывая расходный вентиль и следя за тем, чтобы статическое давление в зоне минимального сечения сопла сохранялось неизменным.

9.Повторить пункты 4, 6, 7 для вновь установленного сверхзвукового режима.

10.Увеличить противодавление за соплом, плавно прикрывая расходный вентиль и следя за тем, чтобы в зоне минимального сечения сопла измеряемое давление p_вак изменилось и стало меньше, чем на предыдущих двух режимах.

11.Повторить пункты 4, 6, 7 для вновь установленного дозвукового режима.

12.Выключить вакуум-насос.

13.Результаты всех измерений записать в протокол.

Обработка результатов эксперимента

1. Подсчитать температуру торможения Т* в К и по формуле (5) критическую скорость движения с_кр в м/сек в сечениях потока воздуха вдоль оси на всех режимах

Т = t_н + 273

где t_{н -} измеренная температура атмосферного воздуха в градусах Цельсия;

2. По результатам измерений определить абсолютное статическое давление p в кПа в сечениях потока воздуха вдоль оси сопла для всех режимов

где p_н - атмосферное давление воздуха в кПа,

n - цена одного деления в кПа образцового вакуумметра.

3. По результатам измерений определить противодавление p_пр в кПа за соплом и отношение давлений p_пр/ p_н для всех режимов

где p_{н -} атмосферное давление воздуха в кПа,n - цена одного деления в кПа образцового вакуумметра.

4. Определить месторасположение скачка уплотнения в сопле на сверхзвуковых режимах, то есть по характеру изменения статического давления p потока воздуха вдоль оси сопла.

5. Подсчитать по формуле (10) раздела 2 скорость потока воздуха с в м/с в сечениях до скачка уплотнения, пренебрегая потерями на трение, когда = p_{н =} const, для двух сверхзвуковых режимов. Аналогичные расчеты произвести во всех сечениях потока при дозвуковом режиме.

6. Определить по формуле (10) давление торможения в кПа за скачком уплотнения при сверхзвуковых режимах.

7. Подсчитать по формуле (10) раздела 2 скорость потока воздуха с в м\с в сечениях за скачком уплотнения, пренебрегая потерями на трение, когда p* = p* _{за =} const, для двух сверхзвуковых режимов.

8. Подсчитать в начальном сечении 1 сопла секундный массовый расход G_c в кг/с, для всех режимов.

где для воздуха к=1,4; R=287 Дж/кг К;

площадь начального сечения 1 плоского сопла

9. Записать в таблицу вычисляемых величин протокола результаты расчётов.