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1、热能与动力工程专业用 实 验 指 导 书热能与动力工程目录1.流体力学1.1实验一 流体流动形态的观察与测定1.2实验二 能量实验1.3实验三 沿程水头损失的测定2.工程热力学2.1实验一 CO2 P-V-T 关系测定2.2实验二 空气定压比热测定3.传热学实验3.1实验一 热管换热器实验3.2实验二 换热器综合实验4. 制冷原理4.1试验一 制冷原理及系统认识试验4.2实验二 制冷压缩机性能试验(暂缺)4.3 实验三 热电制冷的演示5.空气调节5.1实验一 集中式空调系统的操作及空气处理过程5.2实验二 半集中式空调系统的操作及测试分析6.制冷压缩机6.1实验一 制冷压缩机拆装实验7热工测试
2、与自动化7.1实验一 压力表的校验7.2实验二 热电偶的校验（或分度）及使用7.3实验三 常用热工测仪表及自控仪表的认识7.4实验四 制冷系统的控制及其设计8冷库设计8.1实验一 拼版式冷库的认识8.2 冷库课程参观要求9.小型制冷装置9.1 实验一 家用电冰箱解剖实验9.2 实验二 空调器的认识9.3 实验三 小型冷饮食品制冷装置的认识9.4 实验四 冷冻干燥设备及技术10.内燃机实验10.1实验一 柴油机和汽油机的整体认识10.2实验二 小型柴油机及汽油机的起动1.流体力学实验1.1实验一 流体流动形态的观察与测定一、实验目的：1、建立“层流和湍流的流动形态和层流时导管中流速分布”的感性认
3、识；2、确立“层流和湍流与Re之间联系”的概念。二、实验装置图一 雷诺实验装置图1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 恒压水箱5. 有色水水管 6. 稳水孔板 7. 溢流板 8. 实验管道9. 实验流量调节阀供水流量由无级调速器调控, 使恒压水箱4始终保持微溢流的程度, 以提高进口前水体稳定度。本恒压水箱还设有多道稳水隔板, 可使稳水时间缩短到35分钟。有色水经有色水水管5注入实验管道8, 可据有色水散开与否判别流态。为防止自循环水污染, 有色指示水采用自行消色的专用色水。三、实验原理圆管雷诺数 Re (1)式中:v 流体流速; n 流体粘度; d圆管直径; Q 圆管
4、内过流流量。雷诺曾用多种管径的管道和不同的液体进行试验, 发现临界流速随管径d和运动粘滞系数n而变化, 但值却较为固定, 用Rec表示, 即 Rec (2) 由于临界流速有两个, 故临界雷诺数也有两个, 当流量由零逐渐开大, 产生一个上临界雷诺数；当流量由大逐渐关小, 产生一个下临界雷诺数Rec,Rec。上临界雷数受外界干扰, 数值不稳定, 而下临雷诺数Rec值比较稳定, 雷诺经反复测试, 测得圆管水流下临界雷诺数Rec值为2320。因此一般以下临界雷诺数作为判别流态的标准。当ReRec=2320时, 管中液流为紊流。四、实验内容：（1）观察两种流态。启动水泵供水, 使水箱充水至溢流状态, 经
5、稳定后, 微微开启调节阀, 并注入颜色水于实验管道内, 使颜色水流成一直线。通过颜色水质点的运动观察管内水流的层流流态, 然后, 逐步开大调节阀, 通过颜色水直线的变化观察层流变到紊流的水力特征, 待管中出现完全紊流后, 再逐步关小调节阀, 可观察到由紊流转变为层流的水力特征。(2)测定临界雷诺数, a. 测定下临界雷诺数开启调节阀, 使管中完全紊流, 再逐步关小调节阀, 注意, 调节过程中只许关小、不许开大阀门, 且每调节一次流量(即关小一次阀门)后, 需待稳定一段时间再观察其形态, 直至使颜色水流刚好成一直线, 即表明由紊流刚好转为层流,此时可测得下临界雷诺数值为20002300之间。而雷
6、诺在实验时得出园管流动的下临界雷诺数为2320,原因是下临界雷诺数也并非与干扰绝对无关，雷诺进行实验是在环境的干扰极小, 实验前水箱中的水体经长时间的稳定情况下,经反复多次细心量测才得出的。而后人的大量实验由于受环境干扰因素影响, 很难重复得出雷诺实验的准确数值, 通常在20002300之间。因此, 从工程实用出发, 教科书中介绍的园管下临界雷诺数一般是2000。如果测得雷诺数太小, 应开阀至紊流后再重新测量。b. 测定上临界雷诺数开启水泵, 水箱溢流后, 微开调节阀使管中出现层流, 逐渐开大调节阀, 注意,只许开大, 不许关小阀门, 待颜色水流刚好散开, 表明由层流刚好转为紊流, 即有上临界
7、雷诺值。根据实验测定, 上临界雷诺数实测值在30005000范围之内, 与操作的快慢, 水箱的紊动度, 及外界的干扰等密切相关。有关学者做了大量试验, 有的得12000, 有的得20000, 有的甚至得40000。实际水流中, 干扰总是存在的, 故上临界雷诺数为不定值, 无实际意义。五、实验数据记录记录表：设备编号_管于内径_mm 水温_水的密度_ 水的粘度_项目序号流 速 测 定雷诺准数Re流 动 形 态流量计读数流速实际观察到的流动形态根据Re作出的判断123456789101.2实验二 能量实验一、实验目的：熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其相互转换关系，在此基础上掌握伯努利方程。二
8、、实验装置： 图一 自循环伯努利方程实验装置图1. 自循环供水器 2. 实验台 3. 可控硅无级调速器 4. 溢流板5. 稳水孔板 6. 恒压水箱 7. 测压计 8. 滑动测量尺9. 测压管 10. 实验管道 11. 测压点 12. 毕托管13. 实验流量调节阀三、实验原理1流体在流动时具有三种机械能：1）位能；2）动能；3）压力能。这三种能量是可以互相转换的。当管路条件改变时（如位置高低，管径大小），他们便会自行转化，如果是粘度为零的理想流体，因为不存在因摩擦和碰撞而产生的机械能损失，因此同一管路的任何二个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相等，但这三种机械能的总和是相等的。2、对实际流体来说
9、，则因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失，即转化为热能了。而转化为热能的机械能，在管路中是不能恢复的，这样，对实际流体说，两个截面上的机械能的总和也是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截面之间因摩擦和碰撞转化成为了热的机械能，因此在进行机械能的衡算时，就必须将这部分消失的机械能加到第二截面上去，其和才等于流体在第一截面的机械能总和。3、上述几种机械能都可用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能的液体柱高度称之为压头。表示位能的，称为位压头H位 ；表示动能的，称为动压头（或速度压头）H动；表示压力的，称为静压头H静；表示已消失的机械能的，称之为
10、压头损失（或摩擦压头）H损。 4、当测压管上的小孔（即测压管的中心线）与水流方向垂直时，测压管内液位高度（从测压管孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压则由测压孔的几何高度决定。5、当测压由上述方法转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小，这时测压管内液位高度则为动压头与静压头之和。6、任何两个截面上，位压头、动压头、静压头三者总和只差即为压头损失。它表示液体流经这两个截面之间时机械能的损失。在实验管路中沿管内水流方向取n个过水断面。可以列出进口断面(1)至另一断面(i)的能量方程式（i=2
11、,3,n） 取a1a2a3an1,选好基准面, 从已设置的各断面的测压管中读出值, 测出通过管路的流量, 即可计算出断面平均流速v及, 从而可得到各断面测压管水头和总水头。四、实验内容(1) 验证同一静止液体的测压管水头线是根水平线。阀门全关时, 19个测点都为测压点。可以看到19根测压管的液面连线是一根水平线。证明了在同一静止液体内 。而这时的滑尺读数值就是水体在流动前所具有的总能头。(2) 观察不同流速下, 某一断面上水力要素变化规律。逐渐开大阀门, 观察某一断面, 如测点9所在的断面。测管9的液面读数为h9，,是该断面的测压管水头。测管8的读数h8, 是测点的总水头。而h8与h9之差D
12、h8-9即为测点的流速水头, 即比动能。实验显示, 流速越大, 水流流到该断面时的剩余能量越小, 势能h亦越小, 动能Dh8-9则越大。这说明水箱中液体的势能有部分转换成了动能和水头损失, 流速越大, 这种转换关系就越明显。(3) 验证均匀流断面上, 静水压强按动水压强规律分布。观察测管2和3。尽管二测点的位置高度不同, 但测管的液面高度还是相同的, 说明能量方程推导中引用这一条件, 已得到验证。(4) 观察沿流程总能坡线的变化规律。加大开度, 使接近最大流量时, 继续后面的实验。1.3实验三 沿程水头损失的测定一、实验目的：1、 学习管路沿程水头损失、管子沿程阻力系数的测定方法，并通过实验了
13、解它们的变化，巩固对流体阻力基本理论的认识。2、 学习测压计及流量计的使用方法。二、实验装置图一 自循环沿程水头损头实验装置简图1. 自循环高压恒定全自动供水器 2. 实验台 3. 回水管 4. 水压差计 5. 测压计 6. 实验管道 7. 电子量测仪 8. 滑动测量尺 9. 测压点 10. 实验流量调节阀 11. 供水管及供水阀12. 旁通管及旁通阀 13. 调压筒本实验仪根据压差测法不同, 有两种型式: 型式 压差计测压差。低压差用水压差计量测; 高压差用如图二所示多管式水银压差计量测。但由于水银污染性大, 现已淘汰。型式 电子量测仪测压差。低压差仍用水压差计量测; 而高压差用电子量测仪量测如图三所示。与型式比较, 该型唯一不同在于水银多管式压差计被电测仪所取代。gwgm 图二 图三 1. 压力传感器 2. 排气旋钮 3. 连通管 4. 主机三、实验原理本实验的理论依据是最常用的达西公式: （1）对于定管径、定长度的园管, 由达西公式可得 （2） k =
