4. Содержание отчета

Заполненная форма с результатами измерений и расчетов, график зависи-мости коэффициента теплоотдачи от температурного напора.

Литература: [1], с. 39...40.

Лабораторная работа 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ИСТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ СОПЛО

[3], с. 145...156.

1. Цель работы

Определение опытным путем массовых расходов воздуха через сужающееся сопло.

2. Основные теоретические положения

При истечении газа из бака, где он находился под давлением р₀ (давление торможения), в среду с давлением р_а ≤ р_кр, теоретическая скорость критического истечения а_кр определяется формулой

а_кр = (2 kRT_* / (k+1))^0,5, (14)

где k—показатель адиабаты (для воздуха k = 1,4); R - газовая постоянная (для воздуха R = 287,l Дж/(кг.К)); Т_* - абсолютная температура воздуха в баке (температура торможения).

Если атмосферное давление р_а > р_кр, где р_кр - критическое давление (для воздуха р_кр = 0,528 р_*), то на срезе сужающегося сопла наблюдается докри-тическая скорость w < а_кр.

Секундный массовый расход газа G, кг/с для критического истечения равен

G_кр = а_кр ρ_кр F_c = 0,0405 р₀ F_c / (T_* )^0,5, (15)

для докритического

G_докр = w ρ F_c = 0,0405 р₀ F_c q / (T_* )^0,5, (16)

где ρ = р_а / (RT) - плотность атмосферного воздуха; кг/м³ ; ρ_кр - плотность воздуха на срезе сопла при критическом истечении; F_c - площадь выходного сечения сопла, м²; q – функция приведенного расхода.

Расчет докритического истечения упрощается с использованием таблиц газо-динамических функций, в которых даны значения приведенного секундного расхода

q = w ρ / ( а_кр ρ_кр ) = F_кр / F . (17)

Здесь F - площадь сечения газового потока; F_кр - площадь «критического» сечения, где скорость равна а_кр. Значения q в зависимости от газодинамической функции π = р/р_* можно найти в таблицах газодинамических функций (например, [3], с. 59).

3. Зкспериментальная установка и методика опыта

Из баллона (рис. 4) объемом V, температура воздуха в котором равна температуре окружающей среды Т_а, сжатый воздух через редуктор поступает в бак, давление р₀ в котором измеряется манометром 4. В силу большой массы баллона и бака и сравнительно малой массы воздуха его температура в баллоне и баке во время опыта остается близкой к температуре воздуха в лаборатории Т_а.

Между опытами воздух подкачивается в баллон компрессором. Давление в баллоне, измеряемое манометром 1, не должно превышать 1 МПа (10 ат).Во время опыта воздух вытекает из бака через сужающееся сопло с диаметром выходного отверстия D_c. Подача воздуха в бак обеспечивается электроклапаном 2, длительность опыта (открытия клапана) измеряется электросекундомером 3.

4. Порядок выполнения работы

1. Измеряют температуру и атмосферное давление. По указанию препода-вателя редуктором устанавливают некоторое давление р₀ в баке (перед соплом).

Измеряют начальное давление в баллоне р₁. Открывают клапан, подающий сжатый воздух в бак, при этом включается секундомер. По прошествии 10…30 с закрывают клапан, засекают время истечения τ. Через 1…2 мин измеряют конечное давление р₂ в баллоне и рассчитывают падение давления Δр = р₁ - р₂.

2 . Устанавливают редуктором новую величину давления р₀ и повторяют опыт

Всего проводят 5…6 опытов при раз-личных значениях р_* (от 0,02 до 0,3 МПа).

3. Потерю массы ΔМ в баллоне для каждого опыта определяют из уравнения состояния:

ΔМ = М₁ – М₂ = V Δр / (RT), кг,

Опытная величина массового расхода G_оп равна:

G_оп = ΔМ / τ , кг/с.

Данные наблюдений и расчетов Рис. 4 свести в таблицу по форме 4.

Форма 4

D_с= …м; F_с= … м²; V= ... м³; p_а= … Па; T_а= …К; ρ _а=… кг/м³; a_кр= … м/с

№ оп.	Время τ, с	Падение давления в баллоне Δр, Па	Маном. давл. у сопла р, ат	Абсол. давл. у сопла р* Па	Отнош. давл. ра /р*	Привед. расход q	Потеря массы ΔМ,кг	Массовый расход, кг/с.
								опыт Gоп	расчет Gр
1 2 3 4 5 6

Расчетные величины массового расхода определяют для докритического истечения по формуле (16), для критического - по формуле (15).

Данные наблюдений и расчетов сводятся в форму 4.