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掌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面上的速度分布。3绘制射流场速度分布图,完成结果分析与实验报告。,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。当射流发生时,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r0的出口流出,出口处的流速u0均匀分布。在出口附近有一个区域,流体的速度仍保持为u0,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。例如,按高斯相似性速度分布规律式写为:。式中,um是射流截面中心的速度,r是点到射流轴线的距离,R是射流截面半径。r=R处即是射流外边界。如果喷管射流出口是圆形,则射流外边界是一个圆锥曲面,圆锥顶点就是射流极点。图1中Ox是射流轴线坐标。射流半径R沿流程是逐渐增大的,它是x的函数,R=R(x);射流截面中心的速度um沿流程是逐渐变小的,因此。实验时,测点处的速度u是r和x的函数,即三、实验装置和测量原理本实验将测量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。在一定电压下,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量。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r。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s0。水平移动毕托管后,记下千分尺读数s,则有r=s-s0。千分尺支坐安装在一条竖直标尺杆上,用以确定坐标x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h0,毕托管管口移到测量断面后,记下竖直标尺的读数h,则h-h0就是测量截面至出口截面的距离x。毕托静压联合测管测出的速度下式计算,其中p0和p分别为毕托管传递的气流总压与静压: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p0和静压p分别通过软管接至倾斜式多管液柱差压计上,参见图3。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φ即可,建议φ=35°—45°。若测压管内有气泡,用皮囊将气泡吸出。检查差压计液柱高低基准,会用游标卡尺精确读取液柱高度数值。3将毕托管管口移至气流出口中心点,记下横坐标尺和纵坐标尺的读数。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~150V某值,且实验过程保持此值不变。5将毕托管支坐移至竖直标尺的某一个位置,并使测量截面至出口的距离x=100mm。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。测点的间距为2mm~