Описание установки

Экспериментальная установка представляет собой суживающийся канал 1 прямоугольного сечения, по которому движется воздушный поток, создаваемый вентилятором 4. Этот поток воздуха перед поступлением во входное сечение экспериментального канала может нагреваться от электронагревателя 3.

Сам экспериментальный участок имеет рубашку охлаждения 2, которая может дополнительно нагреваться или охлаждаться посредством циркуляции через нее воздушного потока от вентилятора 6. В зависимости от количества тепла, сообщенного движущемуся по каналу воздушному потоку, могут иметь место различные политропные процессы расширения в текущем воздухе. Нагрев воздушного потока в рубашке регулируется при помощи специального электронагревателя 5.

Измерительный комплекс состоит из термопар, замеряющих температуру воздуха на входе в экспериментальный участок каналов (сечение С), в середине (сечение В) и на выходе (сечение А). В этих же сечениях измеряется избыточный напор воздуха водяными манометрами.

Для определения расхода воздуха через сопло измеряется динамический напор трубками Пито в сечении А.

Порядок выполнения работы

Включением выводится установка на рекомендуемые преподавателем режимы. В работе возможно исследовать три режима течения воздуха, соответствующих минимальному G_min, среднему G_mid и максимальному G_max расходу воздуха через сопло при отсутствии его нагрева дополнительным обогревающим воздухом в рубашке охлаждения и отсутствии нагрева самого текущего потока. Затем эти режимы повторяются при двух степенях подогрева рабочего воздуха (максимальный и средний подогрев рабочего воздуха в сопле), но без дополнительного нагрева от рубашки охлаждения (нагревающий воздух в рубашке отсутствует). После этого можно исследовать два режима работы сопла 1 без подогрева основного воздуха (максимальный и средний расход воздуха через сопло), но с подогревом текущего воздуха от рубашки охлаждения, по которой пропускается подогретый воздух.

В каждом режиме производятся измерения температур и напоров давлений во входном, среднем и выходном сечениях сопла и рубашки, а также динамический напор, измеряемый трубкой Пито.

Обработка результатов исследования

Абсолютные давления потока воздуха определяются по соотношению

P_а = В+P_и ,

где: В – барометрическое давление, измеренное по барометру, мм рт.ст.;

P_и – избыточное давление, измеренное по манометру в соответствующих сечениях, мм вод. ст.

Температуры T₁, T₂, T₃ в сечениях сопла соответствуют номерам переключателя термопар. Считая, что на отдельных участках сопла имеют место разные политропные процессы расширения текущего воздуха, определение показателя политропы проводится по отдельным участкам А и В экспериментального канала. Например, для участка А уравнение политропного процесса запишется в виде соотношения

.

Отсюда по уравнениям (22) определяется величина n для участка А. Аналогично находится показатель политропы для участка В. Затем производится усреднение показателя политропы для всего канала

.

После этого сопоставляется величина n_cp с величиной n, найденной из общего соотношения для всей трубы

.

После определения величины n производится термодинамический анализ процесса рυⁿ = const., а также строится график распределения энергии в этом процессе. Для анализа следует воспользоваться теоретическими формулами, приведенными выше.

Продолжением исследования политропного процесса является изучение процесса истечения воздуха из экспериментального канала 1.

Параметры воздуха на входе в канал постоянны и равны р₁ и Т₁. Выходное сечение – прямоугольник площадью F = 1,8∙10^-4 м². Параметры окружающей среды В и Т_о определяют по барометру и термометру. Зная перепад давлений, под которым происходит истечение, по формулам (24-26) находится скорость истечения воздуха и его секундный расход. Результаты измерений и расчетов сводятся в таблицу.

Барометрическое давление В = мм рт.ст.

Температура окружающей среды Т_о = К.

N режима

Т1, К

Т2, К

Т3, К

Р1,

Р2,

Р3,

nА

nB

ncp

n

β

ω, м/с

G, кг/с

мм вод.ст.

1 2 3 4

Каждому номеру режима соответствуют следующие особенности проведения опыта:

1 – исследование истечения воздуха при G_min, G_mid, G_max без нагрева рабочего воздуха и без нагрева воздуха в рубашке охлаждения;

2 – исследование истечения воздуха при G_min, G_mid, G_max со средним подогревом рабочего воздуха и без нагрева воздуха в рубашке;

3 – исследование истечения воздуха при G_min, G_mid, G_max с максимальным подогревом рабочего воздуха и без нагрева воздуха в рубашке;

4 – исследование истечения воздуха при G_mid, G_max без нагрева рабочего воздуха и с подогревом воздуха в рубашке охлаждения.