热工实验原理和技术讲稿

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1、热工实验的 原理和技术,课程按排,1-6周课堂讲授12学时 7-15周实验室做实验 16周考试 每个人做6次实验，共完成11个实验 实验分组进行，8个人一个实验小组 实验报告：每人最少4份，两人合写一份 成绩组成：平时30%、实验报告20%、考试50%,实验内容,空气定压比热容测定、空气绝热指数测定 气体在喷管中流动规律的实验研究 稳态、准稳态法测量保温材料的导热系数 绕圆柱体压力分布测定及外掠圆柱体强迫对流实验研究 黑度及角系数测定 沿程阻力测定及流动观察,实验报告要求,3.数量每人最少完成4份报告（）。强调：每完成一个实验必须及时撰写实验报告，在做下一实验时将其交给实验教师，作为能否继续实

2、验的资格。,1.使用统一的实验报告纸；,2.实验报告内容完整,包括：实验日期、同组人姓名、实验目的、原理、实验设备系统）简图、原始数据、数据处理过程（含公 式）、 结论、结论分析（误差分析、实验与理论）。,热工实验的作用,热工实验主要包括热工基础课程的实验，即主要包括工程热力学、传热学和流体力学的实验。 热工理论的研究方法主要有三种：理论分析法、实验法和数值计算法。而在此三种方法中，实验法是一种较为有用并有效的方法，而且是解决各种复杂热工问题的基本方法。,热工实验的主要任务,测定物质的各种热物性参数； 确定过程中各物体所处的热状态； 测定不同过程中热量传递的规律。 为实现这三项任务，必须学会

3、各主要物理量的正确测量技术； 各种模拟热工过程的实验技术； 掌握热工实验的基本理论和技能。,热工实验的主要内容,测量和仪表的基本知识； 相似理论和实验模型； 测量误差和实验数据处理； 热工过程中各种基本参数的测量； 热物性测量方法； 流动和传热过程中最基本的实验研究内容和方法。,测量和仪表的基本知识,测量的概述 测量仪表 测量仪表的分类和特性,测量概述,测量的定义：用实验的方法，将被测量的量与选作单位的同类量进行比较，从而确定被测量量的值的过程。 测量的分类：直接测量和间接测量 1. 直接测量：利用标准尺度与被测量量直接进行比较而获得结果的方法； 2. 间接测量：凡是不能被直接测量，而是通过测

4、量其他相关物理量，按一定的函数关系得到被测量量的方法，均称为间接测量。,直接测量的方法,直读法：由度量标准直接比较或由仪表直接读出； 差值法：用仪表测出二量之差即为所要求之量； 代替法：用已知量代替被测量，而两者对仪表的影响相同，则被测量量就等于已知量的方法； 零值法：被测量对仪表的影响被同类的已知量的影响抵消，使总的效应为零，则被测量等于已知量。,测量仪表的分类,范型仪表（标准仪表）用来复制或保持测量单位，或者用来对各种测量仪表进行校核和刻度工作的仪表。 实用仪表实验中用来测量数据的仪表。实验中主要使用实用仪表。,仪表的一般构成,感受件：直接与被测对象联系，感受被测参数的变化，并将其转换成一

5、种信号输出。 显示件：仪表通过它向观察者反映被测参数的变化。根据显示件的不同，仪表可以分为直读式和记录式两种。 中间件：中间件的作用是将感受到的输出信号传输给显示件。在传输过程中，信号可以放大、转换。,测量仪表的特性,灵敏度 分辨率（或灵敏度限） 准确度 复现性 动态特性,相似理论的核心内容,相似理论的核心内容 相似第一定理：彼此相似的现象，它们的同名准则数必定相等； 2. 相似第二定理：任何微分方程式所描述的物理现象都可以用从该微分方程式导出的相似准则的函数关系式来表示； 3. 相似第三定理：凡是单值性条件相似，同名定型准则相等的那些物理现行必定是相似现象。,相似理论在实验中的应用,实验必须

6、在相似的条件下进行； 实验中应该测量包含在形似准则中的所有物理量； 实验数据应该整理成形似准则的函数关系； 实验结果可以推广到形似现象中去。,测量误差,测量误差的表示 绝对误差 相对误差 误差的性质和分类 疏忽误差（过失误差） 系统误差 随机误差,随机误差的性质,一次测量无规律，但多次测量符合正态分布； 真值的获得： 最小二乘法 等精度测量取算术平均值,随机误差的表示,标准误差 平均误差 或然误差 极限误差或最大误差 算术平均值的标准误差,测量结果的表示,间接测量中的误差,根据直接测量值的精度来估计间接测量值的误差； 如果对间接测量值的精度有一定的要求，可以确定各直接测量值的误差大小和实验方案

7、； 寻求测量的最有利条件，也就是使函数误差达到最小值的极限条件。,误差递推公式,实验数据处理,有效数字的概念 有效数字的计算法则： 等精度测量结果的数据处理,有效数字的概念,只有最后一位不确定的估计数字而其余的数字都是准确数字的全部数字成为有效数字。,有效数字计算法则,1.记录的实验数据为有效数字； 2.有效数字位数确定后，多余的有效数字一律舍去并进行凑正； 3.加减运算法则； 4.乘除运算法则； 5.乘方及开方运算法则； 6.对数运算法则； 7.计算平均值时，若为四个数据或四个以上的数据相平均时，则平均值的有效数字可以增加一位。,等精度实验数据的处理,将实验数据按先后次序列表； 求算术平均值

8、； 求参差及参差的平方 求标准差； 剔除“坏值”； 求算术平均值的标准误差；,实验曲线的绘制和拟合,绘制实验曲线应注意： 1.实验曲线必须尽可能多的通过实验点，留在曲线外的实验点应尽可能靠近曲线，并且曲线两侧的实验点应大致相等； 2.曲线应光滑； 3.图上应当标出实验点所对应的实验条件。 写出测量结果的最后表达式。,实验曲线的拟合方法,分组平均法； 参差图法拟合直线； 最小二乘法、,温度和温度场的测量,测量温度的原理 测量温度的仪表 测量温度的方法 测量温度中的误差,测量温度的原理,热力学第零定律（或热平衡原理）,测量温度的仪表,棒式温度计 1.玻璃管式温度计 2.双金属温度计 压力表式温度计

9、 电阻温度计 热电偶温度计 光纤温度计,热电偶温度计,原理：当两种金属丝组成闭合回路时，若两个结点维持不同的温度，则在回路中会产生热电势，而该热电势的大小与两结点的温度差有关。 热电偶材料应具备的性质 1.热电势的大小只与温度有关，且最好为线性关系； 2.其他金属材料介入时，若结点维持相同的温度，不改变回路中热电势的大小； 3.抗腐蚀，有一定的机械强度。,常用的热电偶测温线路,单点测温线路 温差测温线路 多点测温线路 并联测温线路 串联测温线路,热电偶制作,熔焊（电弧焊） 电容冲击焊 锡焊,对节点的要求,热电偶的结点头部呈小球形，球的直径略大于二倍热电偶丝的直径； 头部光亮、无氧化黑斑、金相结

10、构致密无砂孔； 热电偶头部应有足够的机械强度； 热电偶线不发生扭曲、打结，两线之间除头部接触点以外应相互绝缘。,热电偶参考点的选择,参考点的选择，影响到输出热电势的大小。只有在参考点温度固定的情况下，热电偶才能正确反映出工作端的温度大小。因此在热工实验中，往往采用冰点作参考点。 采用冰点发生器。它是利用热电元件通电制冷的原理冷却一个密闭的水槽，使基准点的温度维持在冰点的。,测量温度的方法,内部温度测量方法 表面温度测量方法 介质温度测量方法,内部温度测量,测温仪表：主要用热电偶 打孔测量 1.打小孔 2.打打孔,表面温度测量,测温仪表：主要用热电偶 直接测量 1.热电偶直接焊接到或紧贴在被测表

11、面上 2.将热电偶沿着等温线埋设在被测表面内 间接测量 测量表面附近的温度变化，按一定的原理推算到要测量表面的温度的方法称为间接测量法。,介质温度的测量,测温用的仪表：棒式温度计、热电偶温度计 方法：将温度计直接与被测介质接触,测量温度的误差,引线的导热误差 固体内部温度测量误差 壁面温度测量误差 测温管引起的介质温度测量误差 温度测量中的辐射误差,电加热功率测量,主要采用伏安法 测量仪表：电流表、电压表、功率表 注意仪表的接法 注意小功率的测量,表面热流测量,测量表面的温度和流体温度，利用牛顿冷却公式计算表面的热流 测量表面附近的温度梯度，来就算表面的热流 热流计来测量物体表面的热流,导热型

12、热流计的工作原理,基于一维导热的原理,测量压力的仪表,测量压力的仪表 1. U型管压力计 2. 单管压力计 3. 倾斜微压计 4. 多管压力计,流体中压力的测量,静压的测量 1.在容器上打孔，直接安装测压仪表 2.用静压测量探针 动压的测量 分别测量静压和总压，按柏努力方程计算 总压的测量 利用总压测量探针测量,流速的测量,利用测压探针测量流速 利用热线风速仪测量流速 利用多普勒风速仪测量流速,探针测量流速,测量原理：柏努力方程毕托管：复合的总压和静压测压管。,流量的测量,容积流量计测量流量 速度流量计测量流量 差压式流量计测量流量 1.比托管和均速管 2.节流式流量计,节流式流量计的原理,根据热力学原理，当发生节流时节流前后的压力要发生变化，而变化的大小与被节流流体的速度有关。速度越高，节流产生的压差越大。 只要测量节流前后的压力差，即可算出被节流流体的流速，进而算出其流量。,