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1、 建筑流体与热工综合实验 实验指导书 实 验 报 告 学生姓名： 班 级： 专 业： 序 号： 成 绩： 中国矿业大学力学与建筑工程学院 建筑环境技术综合实验室 2010年9月 实 验 须 知 一、实验的目的和要求 通过该实验课有计划的培养和训练，应达到以下几方面的要求： 1 加深学生对所学课程的内容的理解，验证理论知识。 2 培养学生具有一定的实践技能，树立尊重事实的思想和严谨的科学作风。 3 学会正确使用一般的热工仪表，及其操作规程。 4 实验时必须尊重指导人员的指导。如实记录实验数据。 5 实验结束时，须将实验设备恢复原样。 6 能较准确测出实验数据，绘出实验曲线，分析实验结果，写出完整
2、的实验报告。 二、实验前的预习 学生在实验之前必须认真进行预习，其内容包括有关的教材内容、本次实验内容的说明、步骤及注意事项。写好实验预习报告，其内容包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据记录表及数据整理的有关公式。 教师在实验开始时，应根据实验教材的内容、要求，检查预习情况。如发现预习不充分或没有预习报告者，暂停本次实验课，以后需经本人提出申请，统一补做。 三、实验过程 学生在实验的过程中应自觉遵守课堂纪律，严格遵守实验操作规程。以科学、求实的态度对待实验。仔细观察实验现象，认真测量实验数据。 本次实验结结束后，应认真填写设备使用记录。并将测得的实验数据经指导教师过目同意后方可离开。 四
3、、实验数据的整理及实验报告的编写 实验结束后应认真、独立整理实验数据，写出完整的实验报告。但应注意：在对实验现象进行分析讨论时，必须实事求是，不得抄袭他人数据或改变实验数据。 目 录 实验一 空气定压比热容测定实验1 实验二 CO2临界状态观测及p-v-T测定实验8 实验三 空气在喷管中流动性能的测定18 实验四 制冷（热泵）循环演示实验31 实验五 恒热流准稳态平板法测定材料热物性实验37 实验六 液体导热系数测定44 实验七 强迫对流管族管外换热系数实验48 实验八 中温辐射黑度测试实验55 实验总结与体会61 - 1 - 实验一 空气定压比热容测定实验 一、实验目的 1、了解气体比热容测
4、定装置的基本原理和构思（本实验以空气为例） 2、熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。 二、实验原理 可将本实验装置的本体部分简化为一开口稳定流动系统，本体部分保温非常好，近似无散热损失，且系统对外并无功的输出，当系统达到平衡时，工质的焓变等于电热器的放热量。即： Qttcq pm = )( 12 )( 12 ttcqQcpmp = 式中： mq 空气的质量流量，kg/s pc 空气的定压比热容，kJ/（kg） 2t 空气在本体部分的出口温度， 1t空气在本体部分的人口温度， Q电加热器的放热量，kW 如要测定干空气的比热容，需额外测定湿空气的参数。将水蒸气的吸热量从总量中除 去，则利
5、用上式可计算干空气比热容。 实验过程中要求测定三个不同温度下的定压比热容值。 三、实验设备 （1）整个装置由风机、流量计、比热容仪本体、电功率调节及测量系统共四部分组成，如图1所示。 （2）比热密仪本体如图 2 所示。其中 1进口温度计；2一多层杜瓦瓶；3电热器；4一均流网；5一绝缘体；6一旋流片；7一混流网；8一出口温度计。 （3）空气（也可以是其它气体）由风机经流量计送人比热密仪本体，经加热、均流、旋流、测温后流出。气体流量由节流阀控制；气体出口温度由输入电热器的电压调节。 （4）该比热容仪可测300以下气体的定压比热容。 - 2 - 图1 空气定压比热容测定装置 图2 比热容比本体 -
6、3 - 四、测量与计算 （1）接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。 （2）摘下流量计上的温度计，开动风机调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（ 0t ）和湿球温度（ wt ）。 （3）将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度可以根据下式预先估计所需电功率： ttP 12 ，式中P为电功率（W）； t 为进出口温差（）； t 为每流过10L空气所需的时间（s）。 （4）待出口温度稳定后（出口温度在3分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据，每10L气体通过流量计所需时间t （s）
7、；比热容仪进口温度 1t （）和出口温度 2t （）；当时大气压B（mmHg）和流量计出口处的表压 h （mmH2O）；电加热器的电压V （V）和电流I （A）。 （5）根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查处焓湿量d（g/kg干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分： 622/1622/ddrw += （1） （6）电热器消耗的功率可由功率表读出，但要考虑表的内耗。 mAR 为毫安表内阻（），则单位时间电热器的放热量为： )001.0(101 26 IRVIQ mA= kW （2） （7）干空气流量为： )15.273(27.2910001056.73510)6.13)
8、(1(040 += thBrTRqpq wgVgmgt )15.273()6.13/)(1(106447.403+= thBrwt kg/s （3） （8）水蒸气流量为： )15.273(06.47 10001056.73510)6.13(040 += thBrTRqpq wwVwmwt - 4 - )15.273( )6.13/(108889.203+= thBrwt kg/s （4） （9）水蒸汽吸收的热量为： += 21 )00062.0833.1( dtqQwmw )(0003111.0)(833.1 212212 ttttqwm+= kW （5） （10）干空气的定压比热容为： )(
9、)(121221 ttqQQttqQcgg mwmgttpm = kJ/（kg） （6） （11）计算举例 某一稳定工况的实测参数如下： =24.0240.0mA;V;4.174;OmmH16L10/96.69;C3.240;C8;mmHg0.748;C58.7;C82210mAwRIVhsttBttt 查焓湿图得 g/kg3.6=d 干空气 （ %94=f ） 010027.0622/1 622/ =+= ddrw 326 1084.41)24024.0001.02404.174(101 =Q kW 631014.175)15.2738(96.69 )6.13/16748)(010027.0
10、1(106447.4 =+ +=gmq kg/s 63101033.1)15.2738(96.69 )6.13/16748(010027.0108889.2 =+ +=wmq kg/s 3226 104895.0)83.240(0003111.0)83.240(833.1101033.1 =+=wmQ kW 0163.110)83.240(1014.175 4895.1184.1 3621= = ttpmc kJ/（kg） （12）比热容随温度的变化关系 假定在0300之间，空气的真空定压比热容与温度之间近似呈线性关系： btacp += 则由 1t 到 2t 的平均比热容为： - 5 - 2
11、)()()(21122121ttbattdtbtac ttpm +=+= 因此，若以 2 21 tt + 为横坐标， 21ttpmc 为纵坐标（图 3），则可根据不同温度范围内的平均比热容确定截距a和斜率b，从而得出比热容随温度变化的计算式。 图3 五、 注意事项 （1）切勿在无空气流通过的情况下使电热器投人工作，以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。 （2）输人电热器的电压不得超过220V。气体出口最高温度不得超过300。 （3）加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热密仪本体固温度骤升骤降而断裂。 （4）停止试验时，应先切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。 六、实验
12、原始纪录 项目 入口温度 出口温度 电功率 流量系数 大气压力 修正压 干球温度 湿球温度 符号 1t 2t P t B h gt wt 单位 W s/10L mmHg mmH2O 1 - 6 - 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 - 7 - - 8 - 实验二 CO2临界状态观测及p-v-T测定实验 一、实验目的 1、了解二氧化碳临界状态的观测方法，增加对临界状态的感性认识。 2、加深对热力状态、凝结、气化、饱和状态等基本概念的理解。 3、观察超临界压力下加热和冷却时气液两相连续过渡现象。 4、掌握二氧化碳的 p-v-T 关系的测定方法，学会用实
13、验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。 5、学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。 二、实验内容 1、 测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标图中绘出低于临界温度(t=20)、临界温度(t=31.1)和高于临界温度(t=50)的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析差异原因。 2、观测临界状态 （1）临界状态时近汽液两相模糊的现象。 （2）汽液整体相变现象。 （3）测定的 CO2的 tc、pc、vc等临界参数，并将实验所得的 vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因（CO2标准曲线见图1）。 三、实验原理 单可压缩系统处于平衡态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定关系，可表示为 F（p，v，T）= 0 或v = f（p，T） 维持温度不变，测定比容与压力的对应数值，就可得到等温线的数据。在不同温度下对二氧化碳气体进行压缩，将此过程画在pv图上，可得到如图1所示的二氧化碳pvT关系曲线。 当温度低于临界温度 tc时，该二氧化碳实际气体的等温线有气液相变的直线段。随着温度的升高，相变过程的直线段逐渐缩短。当温度增加到临界温度时，饱和液体和饱和气体之间的界限已完全消失，呈现出模糊状态，称为临界状态。二氧化碳的临界压力 pc 为7.38MPa ，临界温度t
