Методика обработки результатов эксперимента

Изобразить 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.

Расчет процесса истечения

Давления

Первоначально рассчитывается давление газа на входе в сопло P_О'. Оно меньше атмосферного P_О на величину потерь давления в расходомерной диафрагме (в диафрагме идет процесс дросселирования 1-2 см. рис.3)

P_О' = P_О - ΔH, Па,

где P_О =(В/750)10⁵, – 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 P_к рассчитываются по показаниям индикаторных приборов ΔP₂ и ΔP₃, исходя из того, что их размерность соответствует кГс/см²:

P₁ = P_О – ΔР₂·0,981·10⁵, Па,

P_К = P_О – ΔР₃·0,981·10⁵, Па.

Теоретическое давление в минимальном сечении сопла заносится в журнал наблюдений после анализа экспериментальных данных процесса истечения.

Анализ процесса истечения

Характер процесса истечения газа через сопловый канал определяется степенью изменения давления ε и давлением за сопловым каналом Р_К:

, она сравнивается с ;

где к = с_Р/c_v (для воздуха к = 1,4; ε_КР = 0,528).

P_КР = P_О’ε_КР;

при P_К > P_КР и ε > ε_КР - истечение докритическое: P₁ = P_К;

при P_К ≤ P_КР и ε ≤ ε_КР - истечение критическое: P₁ = P_КР.

Таким образом, теоретическое давление в минимальном сечении сопла будет равно давлению за соплом P_1теор = P_к в режимах докритического истечения, когда P_к>P_кр. Во всех режимах критического истечения P_к≤P_кр, теоретическое давление в минимальном сечении сопла остается неизменным и равным критическому давлению P_1теор=P_кр=P_o' ε_КР.

Исходя из вышеизложенного, заполняется графа P_1теор журнала наблюдений.

6.1.3. 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)

,

где P_К = P_1теор. При заполнении таблицы расчетных данных P_1теор берется таким же, как P_К вплоть до P_К = P_КР;

f₁ - площадь минимального сечения сопла, м², при его диаметре d₁=1,55 мм:

;

v_O - удельный объем воздуха, м³/кг, на входе в сопло:

;

P_o' – усредненное давление перед соплом:

,

берется как средняя арифметическая величина для упрощения расчетов v_o. Поскольку P_o' изменяется очень незначительно, можно принять P_o' и v_o постоянными для расчета теоретического расхода воздуха через сопло.

б) Опытный расход G_оп определяется по тарировочной таблице расходомерной диафрагмы G_оп=f(ΔН) как функция от перепада давлений на диафрагме.

Тарировочная таблица расходомерной диафрагмы приведена в приложении.

6.1.4. Определение расхода при критическом истечении (Pк ≤ Pкр)

а) Теоретический расходвоздуха, кг/с, через сопло в этом режиме истечения соответствует процессу 1-3 (см. рис.3,б) и определяется по формуле

, (20)

где ε_КР 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 G_оп.кр = const.