Исследование истечения газа из канала

Тема: «Термодинамика газового потока»

Цель работы:

- ознакомится с работой газодинамической установки;

- по данным эксперимента выявить особенности изменения параметров газового потока в канале переменного сечения.

Содержание работы

Объектом исследования является геометрическое сверхзвуковое сопло, предметом – характер изменения параметров газового потока вдоль сопла.

В процессе выполнения лабораторной работы необходимо:

- изучить устройство и принцип работы установки;

- измерить величины давлений в сечениях, где установлены манометры;

- вычислить в каждом сечении сопла значения температуры, скорости потока и местной скорости звука;

- рассчитать массовый расход газа через сопло;

- вычертить график изменения параметров газа по длине сопла;

- сделать выводы по результатам исследования.

Устройство и принцип действия лабораторной установки

Лабораторная установка (рис. 2.3) состоит из вентиля 1, электропневмоклапана (ЭПК) 2, сверхзвукового геометрического

сопла 3 и манометров М _вх, М1, М2, М3, М4, М5 и М6.

Рис. 2.3

Воздух высокого давления из ресивера через вентиль 1 поступает через электропневмоклапан 2 в сверхзвуковое сопло 3. Для замера статического давления воздуха при его расширении по длине канала установлены манометры (манометр М3 измеряет давление в критическом сечении сопла). Геометрические размеры канала представлены на рис. 2.4.

Рис. 2.4.

Экспериментальная часть работы.

Продолжительность эксперимента в этой работе исчисляется секундами

Рис. 2.4

Продолжительность эксперимента 2 - 3 секунды. За это время необходимо зафиксировать показания семи приборов, поэтому работа проводится расчетом не менее семи человек. Каждый номер расчета снимает показания только с одного прибора.

Последовательность проведения эксперимента:

- открыть вентиль 1;

- включить ЭПК 2 и записать показания всех манометров ;

- выключить ЭПК 2;

- привести установку в исходное состояние

Исходные данные

К исходным данным относятся барометрическое давление и температура в лаборатории; измеренные давления в сечениях сопла и температура в ресивере, которую принимаем равной температуре воздуха в лаборатории. Рабочее тело – воздух, для которого к = 1,4; R = 287 Дж/(кг К) и А (к) = 0,685.

Расчетная часть

Задача расчета состоит в определении величин температуры, скорости потока, местной скорости звука по длине сопла и массового расхода газа через сопло.

Предлагается следующая последовательность расчета:

- вычислить значение давления торможения по давлению в критическом сечении сопла:

= ;

- принять температуру воздуха в ресивере за заторможенную и вычислить величину скорости в сечениях сопла:

- определить температуру в сечениях сопла:

;

- вычислить местную скорость звука в каждом сечении:

a_i = ;

- вычислить теоретический расход газа через канал:

A(к).

Результаты расчетов свести в табл. 2.2.

Т а б л и ц а 2.2

Значения параметров потока в сечениях сопла

По результатам расчетов построить график изменения давления, температуры и скоростей по длине сопла. Сделать выводы.

Содержание отчета

Кроме оформленного заголовка отчет должен содержать:

1. Схему и состав лабораторной установки.

2 Исходные данные.

3. Результаты измерений и вычисления для одного из сечений.

4. Таблицу расчетных данных для всех сечений сопла.

5. График изменения параметров газового потока по длине сопла.

6. Выводы.

Выводы по данной работе должны содержать суждения о характере зависимости параметров газового потока по длине сверхзвукового сопла; о сходимости экспериментальных результатов с теоретическими предпосылками; о причинах их возможных расхождений.

Контрольные вопросы по теме лабораторной работы

1. Перечислите назначение и состав лабораторной установки.

2. Перечислите порядок обработки экспериментальных данных.

3. Проанализируйте уравнения энергии в тепловой и механической формах.

4. Поясните, какие параметры называются параметрами торможения.

5. Какие параметры потока считаются критическими и как они вычисляются?

6. Выведите и проанализируйте уравнение скорости движения газа в канале переменного сечения.

7. Объясните, как скорость потока связана с параметрами торможения.

8. Запишите и проанализируйте уравнение массового расхода газа через канал.

9. Укажите, при каких воздействиях дозвуковой поток будет ускоряться, а при каких – замедляться.

10. Можно ли в сужающемся канале разогнать поток газа до сверхзвуковой скорости?

Лабораторная работа № 4