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氛围能源学多功效尝试台指点书


一、尝试目标
⑴察看射流布局及速率散布情况;经由进程测定气体紊动射流断面流速散布,领会紊动射流的特点。
⑵进修操纵毕托管和微压计测定气流速率的道理和方式,测定紊流系数α。
二、尝试道理
射流是指孔口或喷嘴向外喷出,进入另外一流体范畴的一股流体。射流的勾当形状分为层流型和紊流型。
紊流射流自喷嘴出口以均匀的流速射入勾当的情况中时与四周勾当的流体之间构成速率不持续的中断面,中断面因受搅扰落空不变而发生漩涡,漩涡卷吸四周流体而进入射流,同时不时挪动、变形、割裂发生紊动,其影响逐步向表里两侧成长;构成表里两个自在紊动的夹杂层,因全部射流场的静压是相称的,故沿勾当标的目的不任何外力。
因为动量的横向通报,卷吸进入的流体获得动量而伴同本来射出的流体向前勾当,本来的流体落空动量速率下降,自在射流的动量坚持不变。在夹杂层中构成必然的流速梯度,又称剪切层。卷吸与混掺的功效,使射流断面不时扩大,而流速不时下降,流量沿程增添。
因为紊流的间歇景象,射流边境现实上是一个由紊动涡体和四周势流交织构成的不法则面,但现实阐发时从统计均匀意思上把射流边境当作线性扩大的界面。将主体段的边境线耽误交于O点,O点为射流顶点。
紊流射流在构成不变的勾当形状后,全部射流分红几个区段,由喷嘴边境起向表里扩大的紊动混掺局部称为边境层,中间局部未遭到混掺的影响而坚持本来出口流速,称为射流焦点,从出口到焦点消逝断面之间的勾当称为肇端段。  紊动充实红长的局部称为主体段。
射流主体段各断面的纵向速率散布具备类似性,用无穷纲的半径验公式来表现。
                       (21)
式中:  U——测点流速,m/s;
   Um——量测断面中间点流速,m/s;
y——测点到轴心的间隔,m;
y0——射流半宽,可按下式预算
                 
式中:R——喷嘴半径,m;
X——自喷嘴出口到尝试断面之间的间隔,m
θ——射流分散角。
(预算数值,仅供参考,尝试时应以该测点U=0为判定前提)。 
二、尝试装配
阻尼网稳压箱本装配配有三种差别的射流喷口,尝试时可任取此中一到两种。在直径为30mm的圆柱形喷嘴和缩短形喷嘴尝试段上,都可作圆射流尝试;另外,还配有扁形喷嘴(宽7mm、长120-140mm),可停止扁射流尝试。喷嘴置于尝试台的稳压箱底部,喷嘴右边装置毕托管和丈量x标尺 y标尺,毕托管和微压计相连,以测定各断面的流速散布。
圆柱形喷嘴半径      γ0 =15mm
缩短形喷嘴半径      γ0 =15mm
扁形(条缝形)喷嘴
喷口半宽            b0 =15mm
喷口长              ι=140mm 
三、尝试根基道理:
㈠测定紊流系数
      ⑴按照射流的勾当特点,射流肇端段及根基段(射程)各断面上的无穷纲(无因次)速率,随无穷纲坐标的散布具备类似性。用射流勾当特点公式表现即为:
     (1)
式中:y ——测点距轴心的间隔(m);y0为射流的半宽度,可按下式计较:
      R ——同截面上边境层厚度(m);
     υ——测点流速(m/s);
υm ——断面轴心最大流速(m/s)。
由此可考证无穷纲速率散布的类似性。
⑵射流根基段轴心速率公式
①圆射流
(2)
②扁射流
(3)
式中:γ0——圆射流出口半径(m)
b0——扁射流出口半宽(m)
             s——射流之射程(m)
υ0——喷口处流速(m/s)
在根基段(射程)内拔取3的个横断面,将所测得的各断面的υ0 ,s及喷口的υ0及γ0(或b0)代入式(2)或式(3),便得出3个α值,取均匀值,即得紊流系数α。
㈡测定流速
   (4) 
式中:y0——射流半径
r0——喷嘴半径
X——自喷嘴出口至尝试断面的间隔
θ——分散角
    (5)
式中:u——测点流速
φ——毕托管批改系数
ρ——酒精密度
ρ——氛围密度
η——测压计的常数因子
φ——测压计的批改系数
     (6)
式中: um——丈量断面中间流速
y——测点距中间的间隔
1.用毕托管在喷嘴出口断面定出中间坐标即Y中间,并记实该值。
2. 肯定丈量断面,即出口断面,肇端段内一个断面,主体段内一个断面。肇端段和主体段的肯定,起首要找到临界断面,从临界断面向上一段适合间隔为肇端段内一个断面,从临界断面向下一段适合间隔为主体段内一个断面。别离记实三个断面的X向坐标。
3.肯定所选断面的测点数和测点步长,因为圆管射流的对称性,应在射流半径内肯定丈量点数、出口断面、起段内断面、主体段内断面。起码丈量点数别离为3点、5点、7点。按照所选断面的射流半径坐标值(该值应尝试中测得)和射流中间坐标值,和测点数肯定测点步长,即:          
测点步长=测点数
按照测点数和测点步长可肯定每次丈量点的y值。
4.将毕托管调到喷嘴中间,按启动按钮开启风机,待气体安稳后起头丈量,
起首记实下中间处的压差Δh,再按照算得y值,沿射流半径一个标的目的丈量,每次转变y值后,必然要察看斜管压力计中液面不变后,再停止读数。
5.测氛围温度和大气压。
四、尝试步骤
⑴查抄及调剂尝试装备,如毕托管与丈量标尺是不是牢固好,丈量标尺牢固螺丝是不是松动,多管测压计水泡是不是居中等。
⑵按照尝试请求,调剂多管测压计液面高度(应齐平),肯定倾角α。
⑶将毕托管用橡皮管与测压计毗连(此时各玻璃管液位同高)。
⑷去掉尝试台上面板,接透风机电源,开机。
⑸翻开风门,将毕托管放到测定点,预约流体的出口速率、差别射程s与断面速率,和轴心速率(均由动压换算)。
⑹测定大气压和气温。
⑺尝试终了后封闭风门,停机,堵截电源,整理好仪器装备使装备规复愿状。
五、  尝试报告及功效请求
1.记实有关常数。
2.计较测点流速u与um,并绘制流速散布图,(注重统一单元)。
3.用半径经历公式标出20个点,绘制计较干系图。将主体断面的实测绘在上图内停止比拟。
六、会商题
1.当实测的与干系曲线不与经历公式算出的干系曲线重合时,试阐发偏差缘由。
2.阐发气体紊流射流纪律为甚么接纳无因次量抒发?

















         (11-1)
         (11-2)
对扁射流,             (11-3)
式中:R0为圆柱形喷嘴半径;b0为扁形喷嘴宽度;x为自喷嘴出口到尝试段面的间隔;θ为射流分散角。
公式(11-1)也合用于肇端段边层中的流速散布,此时式中的y为断面上肆意点至焦点边境的间隔;y0为统一断面上边层的宽度;u为断面上边层中y点的流速;um为焦点流速。
量测断面各测点流速由毕托管测定,毕托管与酒精微压计相连,以测定其动压,其流速计较公式为:
           (11-4)
式中:Ф为毕托管批改系数;γs为酒精容重;γa为氛围容重;ι为微压计斜管中液柱长度;ψ是微压计批改系数;为由单元换算引出的系数,n为微压计常数因子。

图11-2   紊动射流布局图
四、尝试步骤
(一)调平微压计的程度泡,肯定斜管的倾斜地位在常数因子n=0.6处,调剂斜管内的液面到零位,将毕托管的动压(或总压)管讨论接到微压计多项讨论的“+”上,将静压管讨论接到斜管上。
(二)用定位块和毕托管定出喷嘴中间坐标。
(三)肯定量测断面,预算量测断面的射流半宽度y0值,因y0值不易测精确,常接纳流速即是um/2处的y值,肯定毕托管大抵挪动规模。应量测三个断面,即出口断面、肇端段一个断面和主体段一个断面;出口断面可测7个测点,别的断面测13-15个点。
(四)接通多功效尝试台电源。将毕托管调到喷嘴中间。渐渐开启尝试台气流调理阀,使出口断面斜管微压计的斜管中的酒精柱在100mm摆布,待气流安稳后起头量测。起首记下中间处的微压计斜管液柱压差ι值,中间点两侧的测点处不异,再测定差别y值处的压差值。按照流速散布变更来定适合的测点间距。
(五)测氛围温度和大气压。尝试终了断电停机。查抄微压计斜管内液面是不是回零。
五、功效请求与阐发
(一)计较各量测断面上的测点流速u,绘制各断面流速散布图,定出轴心最大流速um。见图11-3。
(二)计较主体段断面的无穷纲流速和无穷纲坐标y/ y0;绘制无穷纲流速散布图,见图11-4并和半经历公式(11-1)停止比拟。
六、注重事变
若多功效尝试台为两台共用一个透风机时,尝试时应尽可能防止相互搅扰。
七、思虑题目
(一)无穷纲流速散布半经历公式可否合用于射流肇端段?
(二)接纳圆柱形喷嘴和缩短形喷嘴,尝试功效是不是一样?
(三)若接纳扁形喷嘴,射流尝试功效和圆断面射流会有甚么差别?
八、尝试附录
(一)缩短形喷嘴流速散布实测值
1.常数
喷嘴半径R0=15mm        毕托管批改系数φ=0.998
喷嘴分散角θ=10.5°      氛围温度t=15°
微压计常数n=0.6         气体密度ρa=1.24kg/m2
酒精密度ρ=810kg/ m2     大气压
微压计批改系数Ψ=0
2.记实
序号
测针读数
(cm)
Y
(cm)
微压计斜管读数
ι(mn酒精柱)
u
(m/s)
u/um y/y0
断面1                     n=0                         y 0=13mm
1 13.06 1.3 112 32.447    
2 13.56 0.8 112 32.447    
3 13.96 0.4 112 32.447    
4 (中间点)14.36 0 112 32.447    
5 14.76 -0.4 112 32.447    
6 15.16 -0.8 112 32.447    
7 15.66 -1.3 112 32.447    
表1
(二)射流肇端段长度的测定

〇  x=0
╳  x=75mm
△  x=150mm
□  x=200mm
 
 
 
 





图11-3   缩短形喷嘴流速散布图

由表2与图11-5um/u 0与x/R0干系曲线图能够看出,当x/R0≤6.8时,um/u 0=1.0;当x/R0>6.8时,跟着x/R0的增添,um/u 0值逐步削减,称um/u 0=1.0的这段(势流核)的长度,由下表可知,其始段长度为x0=6.8 R0=6.8×15=102mm。按照后人尝试功效,普通肇端段长度为x0=(6.8 -10)R0,即(3.4-5)d,本尝试功效在此规模内。
 

 
 
 
 
 
 
 

图11-5    um/u0与x/R0干系曲线图
表2
R0= 15mm  温度t=18℃  大气压力  微压计n=0.6
x(mm) t
(mm)
x/ R0 um/u0 x(mm) t
(mm)
x/ R0 um/u0
0 112 0 1.0 230 74 15.333 0.813
20 112 1.333 1.0 250 65 16.667 0.762
40 112 2.667 1.0 270 57.5 18.000 0.717
60 112 4.000 1.0 290 52 19.333 0.081
80 112 5.333 1.0 310 46 20.667 0.641
100 112 6.667 1.0 330 44 22.000 0.627
102 112 6.80 1.0 350 38 23.333 0.582
110 110.5 7.333 0.993 370 35 24.667 0.559
130 109 8.667 0.987 390 31 26.000 0.526
150 104 10.0 0.934 410 28 27.333 0.500
170 98 11.335 0.935 430 25 28.667 0.472
190 90 12.667 0.894 450 23 30 0.458
210 80 14.000 0.845        

尝试装备
尝试在小型氛围能源学尝试台上停止。接纳圆柱形喷嘴,喷嘴直径30mm。
尝试步骤
1、调平微压计的程度泡。肯定斜管的倾斜地位。调斜管内液面到零位。将毕托管的全压管接到微压计多项讨论的“+”头,静压管接到斜管上。
2、用定位块或毕托管定斜管定出喷嘴中间坐标。
3、肯定量测断面,预算量测断面的y0值,肯定毕托管大抵挪动规模。每一个尝试小组测出三个尝试断面,即出口断面、肇端和主体段各选一个断面。出口断面可测7个点,别的断面测13~15个点。
4、接通电源,去掉尝试台面上勾当盖板。
5、将毕托管调到喷嘴中间。渐渐开启气流调理阀到所需地位。待气流安稳后起头丈量。起首记下中间点处的压差△h,中间点双方测点数不异,再测各测点的压差。
6、沿中间线向下挪动毕托管,当微压计读数起头变更时记实该点的X坐标,此点地点断面为转机断面。
7、别离向上及向下挪动毕托管到所选测断面,找出射流边境,按照流速散布变更,肯定适合的测点间距。记实各测点的坐标有微压计读数。
8、测定大气压及氛围温度。
9、查抄记实、封闭电源、清算现场。
记实及尝试功效
1、将实测数据填入记实表格。
2、绘出射流布局图。
3、计较各量测断面上测点流速U,定出中间点最大流速,绘出速率散布图。
4、计较主庥断面无因次速率U/Um和无因次坐标y/ y0, 绘出无因次速率散布图,与半径公式相比拟。
姓名   同组人   日期
装备编号                     微压计编号
喷嘴情势                     酒精容重
中间点标心读数                 氛围温度
大气压强
断面 测点 微压计读数1(mm) 中间点流速Um(m/s) 中间点流速Um(m/s) y/ y0 U/Um
编号 地位
X
半宽
y0
编号 地位
y1
                   
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
 

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