工程热力学实验指导书

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1、1工程热力学课内实验指导书及实验报告工程热力学实验院系、专业 课 程 工 程 热 力 学 成 绩 班 级 学 号 姓 名 同组人 实验地点 工程中心 9-111 指导教师 2014 年 月 日2实验一 饱和水蒸汽压力和温度关系的测定一、实验目的1、 通过观察小容积的核态沸腾现象及饱和蒸汽压力和温度的变化关系，加深对饱和状态的理解，从而建立起当液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，液体便会发生沸腾的基本概念。2、 通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽 pt 关系图标的编制方法。3、 学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法。二、实验原理实验中，通过电子调压模块调节输出电压以实现不同

2、工况，用电接点压力表和温控仪测取不同工况下饱和蒸汽的压力和温度值，根据测得的 p、t 实验数据，即可绘制 pt 关系曲线，并将饱和蒸汽压力和温度的关系整理成实验公式。三、实验设备本实验以可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪为主要实验设备。实验装置由加热密封容器（产生饱和蒸汽） 、电接点压力表（0.11.5MPa） 、电子无级调压模块（0220V） 、电压表、温控仪、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃视窗等组成。图 1 可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪高压调节阀视窗电压表电源开关调压，调温旋钮电接点压力温度控制表温显仪3四、实验步骤1、 熟悉实验装置及所使用仪表的工作原理、

3、性能和使用方法。2、 接通有安全地线的 220V 电源，调整电流表旋钮，使其表值接近于零。3、 设定电接点压力表的下限位针（金属白） ，使其触点与表压指示针（黑）触合，如果按下开关后，电压表在调压时仍不显示其变化值，就应检查指针是否与触点触合。可拨动触点靠拢指针，继电器有轻微吸合声，即表示电源导通，此时加热器开始工作。视其实验进程所需时间的长短，适当调节电流的大小可观察压力上升的快慢，通常电流值调至 1.0（A）为宜，太大会影响加热器的使用寿命。4、 设定电接点压力表的上限位针（金属白） ，可在 00.8 MPa 范围内任意设定，通常不少于 6 个压力值，实验点应尽可能均布。当蒸汽压力上升，使

4、表压指示针接近第一个设定值时，迅速记录当前的 PO和 tO。当表压指针与上限位针触合，加热器会自动断电，然后拨开上限位针至第二测量点，加热器继续工作，表压继续升高。重复以上操作，从低到高完成全部测量，将记录值填入下列表中。5、 实验完毕后，将电流调节旋钮回零位，并断开电源。6、 记录实验环境的温度和大气压力。五、实验数据处理方法：1、 以压力表示值为标准值，参照水蒸气热力性质表，查出标准温度，计算测量温度的相对误差。六、数据记录：1、数据记录和计算：大气压力 B= MPa饱和温度（） 测试误差实验点 压力表读值 Pg绝对压力 P 温度计读值 t温度标准值 tt=t-t t/t*100 %123

5、4567七、注意事项：机箱侧阀的用途：1、密闭容器内的压力值为负压，阀使容器与大气隔绝。42、当容器内的液体低于测量所需的液位时容器在真空状态下，此阀可向容器内加入实验用液体。3、当容器内工作压力较高且需得到一较低值时，可通过此阀在瞬间调节。4、容器内工作压力不得超过 0.8 MPa。八、实验报告：1、数据整理：2 实验结果3、结果分析：4、思考与建义：5实验二 喷管流动特性测定实验一、实验目的:（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律，加深临界状态参数、背压、出口压力等基本概念的理解。（2）测定不同工况（ , , ）下，气流在喷管内流量 的b

6、pcrcrpcrbm&变化，绘制 曲线；分析比较 的计算值和实测值；确定临界压力 。sbm&max&crp（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置 X）的压力变化情况，绘制关系曲线，分析比较临界压力的计算值和实测值。 1pXx二、实验原理:1、渐缩喷管气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度取决于临界压力比： 3-1）临界压力比只和气体的等熵指数k有关，对于空气，k1.4， 。式中的pcr即为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，称为临界压力。气体渐缩喷管中的膨胀情况如图31 所示。2、缩放形喷管气体流经缩放形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面积 A2与喷管中的最小截面积 Ami

7、n的比值。喷管在不同背压条件下工作时，压力分布如图32所示。图 31（a）渐缩喷管中气体分布示意图图 31（b）渐缩喷管流量曲线分布示意图6三、实验仪器:本实验装置由实验本体、真空泵及测试仪表等组成。其中实验本体由进气管段，喷管实验段（渐缩喷管与渐缩渐扩喷管各一） ，真空罐及支架等组成，实验装置系统图见图33，采用真空泵作为气源设备，装在喷管的排气侧。喷管入口的气体状态用测压计 6 和温度计 7 测量。气体流量用风道上的孔板流量计 2 测量。喷管排气管道中的压力 p2 用真空表 11 测量。转动探针移动机构 4 的手轮，可以移动探针测压孔的位置，测量的压力值由真空表 12 读取。实验中要求喷管

8、的入口压力保持不变。风道上安装的调节阀门 3，可根据流量增大或减小时孔板压差的变化适当开大或关小调节阀。应仔细调节，使实验段 1 前的管道中的压力维持在实验选定的数值。喷管排气管道中的压力 p2 由调节阀门 3 控制，真空罐 13 起稳定排气管压力的作用。当真空泵运转时，空气由实验本体的吸气口进入并依次通过进气管段，孔板流量计，喷管实验段然后排到室外。喷管各截面上的压力采用探针测量，如图 3.2 所示，探针可以沿喷管的轴线移动，具体的压力测量是这样的：用一根直径为 1.2mm 的不锈钢制的探针贯通喷管，起右端与真空表相通，左端为自由端（其端部开口用密封胶封死） ，在接近左端端部处有一个 0.5

9、mm 的引压孔。显然真空表上显示的数值应该是引压孔所在截面的压力，若移动探针（实际上是移动引压孔）则可确定喷管内各截面的压力。四、实验步骤:图 32 缩放喷管中气体压力线分布示意图布示意图1-管道；2- 喷管；3- 探针；4-测压孔；5-测量喷管各截面压力的压力表；6-测量喷管入口压力的压力表；7-测量喷管排气管道压力的压力表图 3-3 探针测压简图图 3-1 喷管实验装置系统图1.空气吸气口； 2.进气管；3.孔板流量计；4.U 形管压差计；5. 三轮可移动支架；6.可互换渐缩喷管和缩放喷管夹具；7.背压真空表；8.可移动真空表；9.探针手轮螺杆机构； 10.背压调节阀；11.真空罐；12.

10、进气调节阀；13.软管接头；14.真空泵；15.出气管 16.水泥基础座.71、用座标校准器调准“位移座标”的基准位置。然后小心地装上要求实验的喷管。（注意：不要碰坏测压探针）打开调压阀 12。2、检查真空泵的油位，打开冷却水阀门，用手轮转动飞轮 1-2 圈，检查一切正常后，启动真空泵。3、全开罐后调节阀 12，用罐前调节阀 10 调节背压 Pb 至一定值。摇动手轮 9 使测压孔位置 x 自喷管进口缓慢向出移动。每隔几毫米停，记下真空表 8 上的读数（真空度）。这样将测得对应于某一背压下的一条 Px/P1X 曲线。4、再用罐前调节阀 10 逐次调节背压 Pb，为设定的背压值。在各个背压值下，重

11、复上述摇动手轮 9 的操作过程，而得到一组在不同背压下的压力曲线 Px/P1X。5、摇动手轮 9，使测压孔的位置 x 位于喷管出口外 40mm 处。此时 真空表 8 上的读数为背压 Pb。6、全开罐后调节阀 12，用罐前调节阀 10 调节背压 Pb，使它由全关状态逐渐慢开启。随背压 Pb 降低（真空度升高），流量 qm 逐渐增大，当背压降至某一定值（渐缩喷管为Pc，缩放喷管为 Pf）时，流量达到最大值 qm,max，以后将不随 Pb 的降低而改变。7、用罐前调节阀 10 重复上述过程，调节背压 Pb，每变化 0.005MPa 一停，记下背压真空表 7 上的背压读数和 U 形管压力计 4 上的压

12、差P （mmH 2O）读数（低真空时，流量变化大，可取 0.02MPa；高真空时，流量变化小，可取 0.01MPa 间隔）将读数换算成压力比 Pb/P1 和流量 在座标纸上绘出流量曲线。8、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐调节阀 10，关闭罐后调节阀 12，使罐内充报导。当关闭真空泵后，立即打开罐后调节阀 12，使真空泵充气。以防止真空泵回油。最后关闭冷却水阀门。五、实验数据处理方法：1） 喷管尺寸见图纸，图 3-4。（a） 渐缩喷管结构图 （b） 渐缩渐扩喷管结构图图 3- 4 喷管尺寸2）喷管入口温度 ，入口压力 。1t1p喷管入口温度为室温 ，。1t a8喷管入口压力， ， 单位 MP

13、a （3-2）1p 5110)9.(ppa由于在进气管中装有测流量孔板，气流流过孔板将有压力损失。将略低于大气压力，流量越大，低得越多。根据经验公式和实测，可由上式确定入口压力 。a 1p式中：pU 型管压差计读数为，单位 mmH2O 柱高；大气压力计读数为，单位 MPa。a3）孔板流量计计算公式：kg/s （3-p1037.q4m3）式中： 流束膨胀系数， ； ap610873.2气态修正系数， ；5.at几何修正系数，此处取 1。其中： 室温，；atpU 型管压差计读数，mmH 2O；大气压力计读数， MPa。4)喷管流量的理论计算公式：在稳定流动中，任何截面上的质量均相等，流量大小可由下

14、式确定： kkmpvpkfq12122 )()(式中： 绝热指数；k出口截面积(应该按直径 4mm 圆截面积减去直径 1.2mm 测量针的截面积计算)，2f即 =11.43mm2 =1.14310 -5 m2)2.14(.3)412dD分别表示进、出口截面气体的比体积，m 3/kg；2,v分别表示进、出口截面上气体的压力， Pa。1p对于空气，代入 ， 287.1J/kg。.kR（3-14.124.1221 /)()(56.0Tpfpqm 4）当出口截面压力等于临界压力 ，即：p 2/p1=0.528 时流量达到最大值cr9(3-5）12max04.Tfpq5）临界压力的理论计算值： =0.5

15、28 （3-6 ）crp10六、数据记录：表 3.1 流量压力比数据表格Pb (MPa) （表） -0.005 -0.010 -0.015 -0.020 -0.025 -0.030 -0.035p（mmH 2O）Pb(MPa) （表） -0.040 -0.045 -0.050 -0.055 -0.060 -0.065 -0.070p（mmH2O）表 3.2 位移压力比数据表格（1）超临界工况： Pb= MPax（mm） 5 10 15 20 23 26 29 32 35 38Px(MPa)(表)（2）临界工况：P b= MPax（mm） 5 10 15 20 23 26 29 32 35 38Px(MPa)(表)（3）亚临界工况：P b=