Дослідження процесу витікання повітря

ІЗ СОПЛА, ЩО ЗВУЖУЄТЬСЯ

У роботі передбачається:

1. Визначити залежність дійсної витрати повітря через сопло від відношення тисків за соплом і перед ним.

2. Розрахунковим шляхом одержати залежність теоретичної витрати повітря через сопло від відношення тисків за соплом і перед ним.

3. Визначити коефіцієнт витрати повітря через сопло.

4. Обчислити теоретичну швидкість витікання повітря на виході із сопла.

5. Порівняти тиск в самому вузькому перетині сопла і після сопла.

 

Опис установки

Лабораторна установка (рис. 7.1) складається з агрегату для відкачування повітря, який створює розрідження в системі, внаслідок чого повітря через повітрозбірник 1 попадає в повітряну магістраль, проходить через вимірювальну діафрагму 2 і спрямовується в досліджуване сопло 4. Вентиль 7 дозволяє регулювати тиск Р₁ перед соплом і витрату повітря. Сопло виконане конічним, з діаметром 1,5 мм і площею вихідного перетину 1,76 мм .

В комплектi з датчиком витрати повітря вимірювальна діафрагма 2 призначена для визначення витрати повітря по повітряних магістралях і через сопло. Вимірювальна діафрагма 2 має прохідний отвір діаметром 4,25 мм і площею поперечного перерізу 14,18 мм . Перепад тиску на вимірювальній діафрагмі (до і після неї) відбирається через спеціальні відводи, які встановлені в повітрянiй магiстралi відповідно вимогам до таких пристроїв.

 

 

Рис. 7.1. Схема лабораторної установки

 

Вимір тиску повітря перед соплом Р₁, у критичному перетині Р₂ і за соплом Р₃ виконується за допомогою датчика тиску 6 шляхом переключення крана - розподільника 5.

Температура повітря t приймається рівній температурі навколишнього середовища і визначається термометром. Барометричний тиск навколишнього середовища В визначається барометром.

Покази датчиків витрат повітря 3 і тиску 5 наведені в міліамперах. Для перерахунку величини мiлiамперiв на одиницю витрат в кг/c і тиску в Па служать спеціальні таблиці або тарувальні криві, що мають відповідний масштаб перерахунку.

 

 

Порядок виконання роботи

Перед початком роботи установку необхідно оглянути. На ній не повинно бути ніяких ушкоджень. Необхідно перевірити заземлення. Органи управління розташованих на стійках лабораторної установки датчиків витрат і тиску повинні знаходитися у вихідному положенні.

1. Пуск установки здійснюється автоматичним вимикачем "Мережа", розташованим на лівій стійці установки, після чого повинна ввімкнутись лампа "Мережа".

2. Включення агрегату відкачування повітря відбувається за допомогою тумблера "Агрегат".

3. Далі треба відкрити вентиль 7 на трубопроводі робочого пристрою. Поставити кран-перемикач 5 у положення 1, яке відповідає відбору імпульсу тиску перед соплом, що звужується.

4. Включити тумблер "Вкл." на панелі датчиків витрати повітря і тиску. Регулювання витрат повітря виконується вентилем 7 шляхом плавного його обертання в ту чи іншу сторону.

5. Покази приладів у кожному досліді знімаються після настання сталого режиму роботи вакуум-насоса і заносяться до табл.7.1.

 

Таблиця 7.1

Журнал спостережень

 

№№ досліду	Барометричний тиск, В, Па	t,°С	Дійсна масова витрата повiтря, М, кг/c	Абсолютний тиск повітря
перед соплом, Р¢1, Па	в критичному перетині Р¢2, Па	після сопла, Р¢3, Па

 

Обробка результатів досліду

Абсолютний тиск повітря перед соплом Р₁, у критичному перетині Р₂ і після сопла Р₃ обчислюють за такими формулами:

 

Р₁ = В + Р₁; Р₂ = В + Р₂; Р₃ = В + Р₃.

 

Питомий об’єм повітря і його густина перед соплом знаходяться з характеристичного рівняння:

n₁ = ; r₁= 1/ n₁.

Визначення теоретичної витрати повітря через сопло виконується при припущенні, що витікання повітря із сопла є адіабатичним процесом, а початкова швидкість повітря перед соплом дорівнює 0. Якщо величина відношення тиску за соплом і тиску перед соплом Р3/Р1 не перевищує або дорівнює критичному значенню, що для повітря складає 0,528, то на виходi із сопла встановлюється критичний режим, коли швидкість течії дорівнює швидкості звуку, а витрата досягає своєї максимальної величини. У цьому випадку витрата (кг/с) обчислюється за формулою:

 

(7.1)

 

де F _min - площа перетину на виході із сопла (мінімальна площа), м².

Якщо Р3/Р1 > 0,528, то швидкiсть на виході із сопла, що звужується, дозвукова, а теоретична витрата обчислюється за формулою:

 

(7.2)

 

де К- показник адіабати. Для повітря К=1,4.

Відношення дійсної витрати повітря через сопло до теоретичної називається коефіцієнтом витрат:

 

j_р= М_д / М_т (7.3)

 

Коефіцієнт витрат j_р завжди менший одиниці внаслідок існування прикордонного шару на стінках сопла, рух якого різко відрізняється від руху ядра потоку.

Отримані дані зображуються у вигляді графічних залежностей. На одному графіку зображуються дійсні витрати М_д і теоретичні витрати М_т повітря від величини відношення тисків у соплі Р3/Р1 у вигляді

 

М_д = f (Р3/Р1) і М_т = f (Р3/Р1).

 

Теоретична швидкість течiї повітря із сопла, що звужується, у залежності від величини відношення тисків Р₃/ Р₁ визначається за такими рівняннями:

а) якщо Р3/Р1 0,528 - на виходi установлюється критична швидкість і вираз для визначення швидкості має вигляд:

 

м/с.

 

б) якщо Р3/ Р1 > 0,528, то у вихiдному перерiзі сопла встановлюється докритична швидкість, яка визначається за формулою:

м/с.

 

Результати розрахунків заносяться до табл. 7.2.

Таблиця 7.2

 

№№ досліду	Р1, Па	Р2, Па	Р3, Па	Мд, кг/с	Мт, кг/с	Р3/Р1	jр	W, м/с

 

Контрольнi питання

1. Як визначаються витрати і швидкість повітря на виході із сопла?

2. Який тип сопла потрібно прийняти для одержання дозвукової чи надзвукової швидкості?

3. При якому відношенні тисків перед і після сопла повинні працювати дозвуковi і надзвукові сопла?

4. Чим викликане зменшення дійсних витрат в порівнянні з теоретичними при витіканні газу через сопло?

 

 

Лабораторна робота № 8