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1、前言实验教学是热工教学过程的重要环节，它不仅可以巩固和加深对课本知识的理解，更重 要的是通过有计划、有目的的实验教学，可以训练学生的动手能力，培养学生的工程实践技 能，提高学生的科学素质。过程装备与控制实验室一贯重视实验教学，并从长期的实践中总结出了一些行之有效的 教学方法。尤其是近几年来，结合实施实验室整合计划，改造了实验设备，改进了实验手段。 初步改进的实验室，不仅填补了综合实验的空白，改变了过去基础性验证性实验占主要成分 的局面，而且充实了实验基础训练的内容。把现代工业用传感器用到实验装置中，使得实验 的涵盖面扩展，在做一个实验时，可以得到多学科的知识。本次热流技术基础实验（二）一一热工
2、基础实验由王博编写，张勇教授审核。机电工程学院 过程装备与控制实验室 2006年 10 月前言 1第二章 热工综合实验 3第一节 实验概述 3实验一 可视性饱和蒸汽压力和温度关系3实验二 气体定压比热测定实验6实验三 综合传热实验 11实验四 换热器综合实验 14图 1-1第二章 热工综合实验第一节 实验概述一、工程热力学实验 在本实验中，主要研究热力学的基本现象，通过研究饱和水蒸气的 P-T 关系、测定空气 的定压比热两个实验，掌握常用热工参数的测试方法，了解空气、水等介质的热力学性质。（实验一二）二、传热学实验 在本实验中，主要研究传热学的基本现象，通过研究水蒸气的冷凝效果，了解不同介质、
3、 不同表面换热效果的差异，掌握总传热系数测定方法；通过研究各种形式换热器换热效果、 顺流逆流换热的差别，掌握不同形式还热器的性能。（实验三四）实验一 可视性饱和蒸汽压力和温度关系一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体 温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽P-T关系图表的编制方法。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。4、能观察到小容积和金属表面很光滑（汽化核心很小）的饱态沸腾现象。二、实验装置1、压力表（一0.101.5MPa）2、排气阀 3、缓冲器4、可视玻璃
4、及蒸汽发生器 5、电源开关6、电功率调节7、温度计（0300C） 8、可控数显温度仪9、电流表三、实验方法与步骤1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。2、将电功率调节器指针至电压表零位，然后接通电 源。3、将调压器输出电压调至200220V,待蒸汽压力升至一定值时，将电压降至 2050V 保温，待工况稳定后迅速记录下水蒸气的压力和温 度。重复上述实验，在0l.OMpa （表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布 均匀。4、 实验完毕后，将调压指针旋回零位，并断开电源。5、记录室温和大气压力。将实验结果点在坐标上，清除偏离点绘制曲线。g2 3 4 5A温度CJ200190ISO170
5、160150140130120no100 yo80,P压力绝） O lMPa iWi a四、数据记录和整理l 、 记录和计算：实验次数饱和压力Mpa饱和温度C误差压力表 读值P大气 压力Po绝对压力P= P+ P0温度计 读值t理论 值tAt=ttC寸 X 100 %t1234562、 绘制 P-t 关系曲线：3、总结经验公式：将实验曲线绘制在双对数坐标纸上，则基本呈一直线，故饱和水蒸气压力 和温度的关系可近似整理成下列经验图 l- 2公式：t 100 打 P468 y io150-医力0*IMPaA八温度U200 -图 1-34、误差分析：通过比较发现测量比标准值低 1%左右，引起误差的原因
6、可能布以下几个方面：1）读数误差。2）测量仪表精度引起的误差。3）利用测量管测温所引起的误差。五注意事项1实验装置通电后必须有专人看管。2. 实验装置使用压力为10MPa （表压），切不可超压操作。实验二 气体定压比热测定实验一、实验目的1、气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。实验中涉及温度、压力、热量（电 功）、流量等基本量的测量:计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。本实验 的目的是增加热物性研究方面的感性认识，促使理论联系实际，以利于培养同学分析问 题和解决问题的能力。2、了解气体比热测定装置的基本原理和结构。3、熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。4、掌握由
7、基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。5、分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验装置和原理 装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节、热电偶测温电路及测量系统等四部分 组成（如图 2-1 所示）。图 2-1 实验装置llllzr J 4sf比热仪主体如（图 2-2）所示。实验时，被测空气（也可以时其它空气）由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。在此过程中，分别测定:空气在流量计出口处的干、湿球温度（t0, t ）;气0w 体经比热仪主体的进出口温度（t, t2）:气体的体积流量（V）电热器的输入功率（W）以及实 验时相应的大气压（B）和流量计出口处
8、的表压（Ah）。有了这些数据，并查用相应的物性参数, 即可计算出被测气体的定压比热（Cpm）。气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电热器的功率来调节。本比热仪可测300C以下的定压比热。三、实验步骤和数据处理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，便流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（to）和湿球温度（tw ）。3、将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电热器功率，使出图二 比热仪主体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：W = 12图二比热仪主体式中：W为电热器
9、输入电功率（瓦）；A t为进出口温度差（C）；T为每流过10升空气所需的时间（秒）。）4、待出口温度稳定后（出口温度在10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10升空气通过流量计所需时间（T，秒）：比热仪进口温度一一即流量 计的出口温度（t1,C ）和出口温度（t2C）:当时相应的大气压力（B,毫米汞柱）和流量 计出口处的表压（A h，毫米水柱）：电热器的输入功率（W,瓦）。5、根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，查图 315相对湿度与干球温度对应关 系得出相对湿度卩再从附图6湿空气的焓（温）图查出含湿量（d,克/千克干空 气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分：
10、r = d / 622w 1+d /6226、根据电热器消耗的电功率，可算出电热器单位时间放出的热量q=W , kJ / s7、通入空气的总压力为：p = (B + A h / p ) x 10 -3 x p x gHgHg8、通入空气的体积流量为：V = -jo m 3 / s1000 T9、干空气流量(质量流量)可由克拉伯龙方程求出，为：G =吐=(】-1/PXV kg / S g R T R (t + 273.15),g 0g 0其中 Rg 为干空气的气体常数。10、水蒸气流量为： G = “灯 kg / sw R T R (t + 273.15) w 0 W 0其中Rw为水蒸气的体常数
11、。11、水蒸气吸收的热量： t Q = G f 2 c dt = G c (t 一 t ) kJ / s ， Wwpw p 21t1cp 可由书本附表 3常用气体的主要物理参数表查水蒸气的定压比热容得到。水蒸气吸 收热量也可以通过以下公式计算出。tQ = G (1.84387 + 0.0004886 t)dt, kJ / s Wwt112、干空气的定压比热为： c t2 =红=Q-Qw , kJ /(kg k)t1GgGg (t2-t1)gg 2113、测出干空气的定压比热容后和书本对照，进行误差评定。14、比热和温度的变化关系：15、假设在0C300C之间，空气的真实定压比热与温度之间近似的
12、有线性关系，贝I由 t1 到 t2 的平均比热为：c0mt2t1(a + bt) dt21=a + b +12 , kJ /(kg k)2因此，若以为横坐tC20 jm标，ti纵坐标(如图2-3),图 2-3贝可根据不同的温度范围内的平 均比热确定截距a和斜率b,从而 得出比热随温度变化的计算式。四、注意事项1、切勿在无气流通过的情况下使电热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。2、输入电热器的电压不得超过220V,气体出口最高温度不得超过300C。3、加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤降而破裂。4、停止试验时,应切断电源,让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可以适当缩
13、短）。实验数据记录表实验时间：年月日时周次： 天气：干湿度温度计读数 干球：C 湿球：C温差：C 相对湿度：%当地大气压：730.6 mmHg 空气进口压加热功率（W）空气出口温度（C）力： Pa 空气进口温度： C气体流量： 数据计算：实验三 综合传热实验一、 实验目的1、掌握总传热系数k的测定方法；2、掌握管道外表和空气流动对传热系数的影响二、 实验装置：图 3-1传热综合实验台结构如（图 3-1）所示。三、实验步骤1、检查设备是否完好。2、蒸汽发生器装水，通电自动加热，达到实验蒸汽压力（0.20.4MPa）和温度。3、打开配汽管上和玻璃量筒下的所有开关，慢慢供气，预热和排空系统。4、放汽
14、阀有蒸汽排出一段时间后，关闭所有放水阀。（实验设备准备完毕）5、自然对流换热实验（所有换热管）：（1）关闭所有放水阀，注视各个玻璃量筒的水位慢慢上升，开始计时，记录各个玻璃的刻 度。2）待冷凝水水位达到一定高度，记录供气时间和冷凝水体积。6、强迫对流换热实验（翅片管、光管）：（1）排空玻璃量筒中的冷凝水，开动风机对换热管进行强迫通风。（2）关闭翅片管和光管的放水阀，并记录一段时间后玻璃量筒中冷凝水的体积（3）实验完毕时，关闭电源，打开所有的放水阀、放汽阀，排空管内的冷凝水。四、总传热系数计算传热面积：A = n d L（ m2）；冷凝水流量：q =（V V。）PmT( Kg/S)热流量：e = qm r( W)传热系数，k( W/m2)传热系数：k
