热工流体综合实验喷管射流场速度分布测量实验.doc

喷管气体自由射流速度场测量实验 一、 实验目的与要求 1学握皮托静压联合测管测定流速分布的基本原理和方法。 2测量喷管低速气体射流流场主体段不同位置截而上的速度分彳J。 3绘制射流场速度分布图，完成结果分析与实验报告。 4.要求原始记录数据及处理数据手填，曲线手绘，回答问题手写。 二、 喷管低速自由射流特点 一般流体以一定速度从出口射入同种静止流体，这种流动称为射流。工程上所见的射流均为紊 流。当射流发牛时，射流轴线附近的流体会发生运动，远离射流轴线的流体保持静止，静止流体与 运动流体的分界称为射流边界。 如图1所示，射流从一个半径为m的出口流出，出口处的流速uo均匀分布。在出口附近有一个 区域，流体的速度仍保持为“0,称为射流核心区，在核心区的外侧，速度逐渐衰减。射流核心区的 范围沿流程是逐渐变小的。到C处，核心区的截面积缩小为零，从射流出口至C截面的部分称为射 流初始段，C的下游称为主体段。从射流出口到C的距离约等于4倍射流出口。 图1 图1喷管低速自由射流流场 众多实验表明，紊流射流主体段的速度分布具有相似性。 U= U =exp[- 式中，Um是射流截而中心的速度，厂是点到射流轴线的距离，人是射流截而半径。片人处即是 射流外边界。如果喷管射流出口是闘形，贝IJ射流外边界是一个闘锥曲面，闘锥顶点就是射流极点。 图1屮6是射流轴线坐标。射流半径/?沿流程是逐渐增人的，它是兀的函数，R=Rg 射流 截面中心的速度“ m沿流程是逐渐变小的，因此知产％⑴。实验时，测点处的速度U是厂和X的函 数，gp?=M（GX）. 三、实验装置和测量原理 木实验将测虽喷管低速射流主体段若干截面（不同X值）上气流的速度分布,在航空工程实验中心 小型立式气体动力实验台上进行，见示意图2。在一定电圧下，风机将气流压入稳压箱，经孔口射 出，形成气体自由射流。 采用毕托静压联合测管或简称毕托管进行实验测最。毕托管安装在千分尺支架上，此支架可沿 水平方向移动，用以确定毕托管的管口到射流轴线的距离心实验前，先将毕托管的管口移到气流出 口中心上，记下千分尺的读数呦。水平移动毕托管后，记下千分尺读数则有r=5-5（）o 千分尺支坐安装在一条竖直标尺杆上，用以确定坐标兀值。在实验中，需测出射流截面至射流 出口的距离。测量前，先将毕托管管口移至气流出口中心，记下竖直标尺的读数加，毕托铮铮口移 到测最断面麻，记下竖宜标尺的读数爪则耐0就是测最截面至出口截面的距离X。 11 =（吟（Po - P）图 11 =（吟（Po - P） 图2立式气动实验台 四、测量步骤和方法 1将毕托管的总压內和静压分别通过软管接至倾斜式多管液柱差压计上，参见图3。 图 图3倾斜式多管水液柱差压计 2将多管差压计的测压管调到适当角度，通常在20°?50°范围内某个角度0即町，建议4） =35° — 45° o 若测压管内启气泡，用皮囊将气泡吸出。 检查差压计液柱髙低基准,会用游标卡尺精确读取液柱髙度数值。 3将毕托管管口移至气流出口中心点，记下横处标尺和纵处标尺的读数。 4打开实验台桌面的方形孔盖和底板圆形孔盖，顺时钟旋转调速器启动风机使电压达到125V, 稳定2分钟，然后将电压调到125V?15OV某值，R实验过程保持此值不变。 5将毕托管支坐移至竖肓标尺的某一个位置，并使测最截面至出II的距离x=100mmo 6毕托管管口移至射流轴线，然后开始逐点测量，记录测压管液柱长度。测点的I可距为2mm? 5mm,射流轴线附近测点密些，外部测点稀些。通常，每个测量截而安排不少于十个测点。当测点 处气流速度u vl m/s时，可近似认为此测点已处于射流边界。 釆用倾斜式多管液柱差压计，测量速度U （单位:m/s）用下式计算： \Pa 其中，几为空气流密度（由气体状态方程求出），乙,为测压管液体重度，长度的单位用E 7将毕托管支坐移至竖肓标尺的一个新的位置，并使测量截面至出口的距离x=200mm,按（6） 的步骤进行新的测量。 8实验结束，逆时钟方向旋转调速器，调节风速为零。然后关闭电源。 注意：实验中，传压软皮管接口不能漏气。实验时，小心操作，不要随意乱碰乱动！ 五、实验记录参数和数据处理 实验条件常数和记录表格见表1,测量数据记录和处理表见表2。川于速度分布曲线绘制的参考 坐标格式见图4,并根据所绘制的实验曲线，分析白由射流流场的变化规律。 表1实验条件和常数记录表 实验吋间： 地点： 指导教师： 验件数 实条常 实验设备名称 与编号 大气温度(温度 计读数)(°C) 大气压强(气压 计读数)(Pa) 喷管出口直径 (mm) 测压管液体重度 Y * (X/m3) 测压管倾斜 角度e(°) 风速管校正 系数E 气流密度几 (kg 1 m?) 1000X9.81 取为1 表2测量数据记录和处理表 X