4. Методика обработки результатов эксперимента
И
зобразить
схематично процесс истечения газа через
суживающееся сопло в T,s- диаграмме.
Рис. 3. Изображение процессов истечения газа через суживающееся сопло в T, s – диаграмме:
а – докритическое истечение, б – критическое истечение
Примеры изображений этих процессов для докритического и критического режимов истечения истечения в Т, s- диаграмме даны на рис.3.
Данный рисунок позволит более наглядно представить физическую природу процессов истечения газов через суживающееся сопло и понять методику их расчета.
5.1. Расчет процесса истечения
5.1. Давления
Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло PО'. Оно меньше атмосферного PО на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2 см. рис.3)
PО' = PО - ΔH, Па,
=
=
=
=
где PО =(751/750)105=100000 – атмосферное давление в Па, при барометрическом давлении В в мм рт. ст.,
ΔH - потеря давления в расходомерной диафрагме в Па.
Давления в минимальном сечении сопла P1 и за соплом Pк рассчитываются по показаниям индикаторных приборов ΔP2 и ΔP3, исходя из того, что их размерность соответствует кГс/см2:
P1 = PО – ΔР2·0,981·105, Па,
=70570
Па
PК = PО – ΔР3·0,981·105, Па.
,
Теоретическое
давление в минимальном сечении сопла
заносится в журнал наблюдений после
анализа экспериментальных данных
процесса истечения.
5.2. Анализ процесса истечения
Характер процесса истечения газа через сопловый канал определяется степенью изменения давления ε и давлением за сопловым каналом РК:
,
она сравнивается с
ε=
где к = сР/cv (для воздуха к = 1,4; εКР = 0,528).
PКР = PО’εКР;
при PК > PКР и ε > εКР - истечение докритическое: P1 = PК;
Таким образом, теоретическое давление в минимальном сечении сопла будет равно давлению за соплом P1теор = Pк в режимах докритического истечения, когда Pк>Pкр.
Исходя из вышеизложенного, заполняется графа P1теор журнала наблюдений.
5.3. Определение расхода при докритическом истечении (Pк > Pкр)
а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через суживающееся сопло в этом режиме истечения соответствует обратимому процессу истечения 1-3 (см. рис.3,а) и определяется по формуле (6)
,
=1.886
= 2.69
Па
Па;
Па;
Па
где PК = P1теор. При заполнении таблицы расчетных данных P1теор берется таким же, как PК вплоть до PК = PКР;
f1 - площадь минимального сечения сопла, м2, при его диаметре d1=1,55 мм:
=1.886
vO - удельный объем воздуха, м3/кг, на входе в сопло:
=0.856
Po' – усредненное давление перед соплом:
,
;
;
берется как средняя арифметическая величина для упрощения расчетов vo. Поскольку Po' изменяется очень незначительно, можно принять Po' и vo постоянными для расчета теоретического расхода воздуха через сопло.
б) Опытный расход Gоп определяется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы Gоп=f(ΔН) как функция от перепада давлений на диафрагме.
Тарировочная таблица расходомерной диафрагмы приведена в приложении.
Gоп1 = 0 кг/с; Gоп2 = 2.367 кг/с; Gоп3 = 3.143 кг/с; Gоп4 = 3.578 кг/с; Gоп5 = 3.794 кг/с.
5.4. Определение расхода при критическом истечении (Pк ≤ Pкр)
а) Теоретический расход воздуха, кг/с, через сопло в этом режиме истечения соответствует процессу 1-3 (см. рис.3,б) и определяется по формуле
,
(20)
где εКР рассчитывается для соответствующего газа по формуле(7).
б) Определение действительного расхода воздуха через сопло при критическом истечении ведется по зависимости G = f(ΔН) (см. приложение). Поскольку в этом режиме ΔН=const, то и Gоп.кр = const.
кг/с