热能工程专业实验.doc

1、南京林业大学自编讲义热能与动力工程专业实验编者：刘 翔木材工业学院2010年 6月2前 言本书是“热能与动力工程”专业热能工程基础实验和热能工程专业实验课程的配套教材。 “热能与动力工程专业实验”是以实验实训为主的专业基础课，主要以工程热力学、传热学、工程流体力学、热工测量及仪表为理论基础，包括热工测量与信息处理、供暖通风与空气调节实验、工程热力学实验、传热学实验、工程流体力学泵与风机实验等五个方面的内容。在进行热能与动力工程专业实验之前，必须学习并掌握热工测量的基础知识和相关操作技能。所谓热工测量是指对热工过程中各种热工参数（如温度、压力、流量、湿度、成分等）的测量，用来测量热工参数的仪表则

2、称为热工仪表。通过本课程教学，可以使学生了解常用热工仪表的工作原理和使用方法，学会熟练的测试工质的压力、温度、流量、湿度等状态参数，会正确读取实验数据并加以分析处理。在此基础上进一步学习并掌握常见的传导、对流、辐射等传热过程的基本测试方法，掌握测量流体流量流速和流动损失的各种实验方法。通过本课程的学习可以培养学生的实验操作能力和对实验数据处理分析的能力，加深对工程热力学、传热学、工程流体力学的基本概念和基本理论的理解，掌握基本的热工实验技能，并为今后进一步参加科学研究、从事专业工作打下基础。在做实验之前，需要认真预习实验内容，理解实验原理和方法，学习实验设备和仪器的使用方法，了解实验步骤，掌握

3、实验数据的采集和处理方法。对综合性实验应能在教师指导下自行查阅资料，拟定实验方案和步骤。在实验过程中，应细心操作观察，测试记录有关数据，独立完成实验。实验完成后，应对实验数据进行分析和讨论并写出实验报告。最重要的是：通过热能与动力工程专业实验的训练，培养学生分析和解决实际问题的能力，掌握专业基础理论在实践过程中的应用，进而全面提高学生的创新能力和综合素质。由于编者水平有限，谬误之处在所难免，敬请读者批评指正。编者2010年 6月3目 录1. 饱和蒸汽压力、温度关系实验42. 气体定压比热测定实验63. 准稳态法测材料的导热性能实验94. 气气 热管换热器实验 145. 强迫对流翅片管束管外放热

4、实验186. 伯努利能量方程实验237. 沿程水头损失与流速的关系258. 阀门局部阻力系数的测定279. 文丘里流量计实验2910.管路局部阻力损失实验3111.弹簧管压力表的校验3412.热电偶焊接3713.热电偶校验3914.循环式空调过程实验4415.中央空调模拟实验5416.供暖系统演示实验6017.热网水力工况实验6218.制冷压缩机性能实验6519.散热器热工性能实验68420.离心泵特性实验71实验一 饱和蒸汽压力、温度关系实验一、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、

5、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽 PT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）的饱和态沸腾现象。二、实验设备556图 1实验设备简图1、压力表（0.101.5f/ 2） 2、排气阀 3、缓冲器 4、可视玻璃及蒸汽发生器 5、电源开关 6、电功率调节器 7、温度计（0300） 8、可控数显温度仪 9、电压表 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，

6、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01MPa（10kgf/cm 2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。四、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（表压）为 1MPa（10kgf/cm 2） ，切不可超压操作。五、数据处理和计算1实验结果记录表6饱和压力 MPa或kgf/cm2饱和温度 误差实验次数压力表读值 P1大气压力 B绝对压力 PP 1+B温度计读值 t理论值tt %10备注1234562绘制 Pt关系曲线将实验结果点标在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。实验二

7、 气体定压比热测定实验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方面的知识。通过本实验的目的可以促使理论联系实际，有利于培养分析问题和解决问题的能力。一、实验目的和要求1. 了解气体比热测定装置的基本原理和结构。2. 熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。73. 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。4. 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验设备和原理装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成（如图一所示） 。 U型压力计 调节阀气体流量计 冷空气比热

8、仪 热 空 气 功率表温度计 温度计图 1 实验装置实验时，被测空气（也可以是其它气体）由风机经湿式气体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 w（由于是湿式气体流量计，实际为饱和状态） ；气体经比热仪主体的进出口温度（t 1，t 2） ；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）和流量计出口处的表压（h） 。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（C pm） 。三、实验步骤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

9、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（t 0） 。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，使出口温度升高至预计温度。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（,秒） ；比热仪进口温度即流量计的出口温度（t 1,）和出口温度（t 2） ；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（h，毫米水柱） ；电热器的输入功率（W，瓦） 。85. 根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度(使用湿式气体流量计时，实际干球

10、温度和湿球温度相同,为该温度下的饱和温度)，从湿空气的干湿图或饱和空气状态参数表查出含湿量(d,克/公斤干空气)，并根据下式计算出水蒸气的容积成分： 62/1drw6. 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：千卡/秒30186.4WQ7. 干空气流量（质量流量）为：)15.273()6./064.)15.273(.90/6/)/)(040 thBrthBrTRVPG wwg 8. 水蒸气流量为：)15.273(6./089.2)15.273(06.40/)1/(40 thBrthBrTRVPG www 9. 水蒸气吸收的热量： )(08.)(40.).1.( 21122 tt

11、GdtQt ww 10. 干空气的定压比热为：千卡/（公斤）)()(1212021 tQtGQCgwgtm四、注意事项1. 切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，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 220伏。气体出口最高温度不得超过 300。3. 加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤增骤降而破裂。4. 停止试验时，应切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度教低时可适当缩短） 。五、数据处理和计算实验结果记录表9序号 空气温度 加热功率 出口温度 空气流量 定压比热1234实验三 准稳态法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 测量绝热材料（不

12、良导体）的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。二、实验原理10本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为2，初始温度为 t0，平板两面受恒定的热流密度 qc均匀加热（见图 1） 。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布 t(x， )。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下： 2),(,(xtaxt时, 00t处， xx处， cqt方程的解为：式)exp()cos(2)1(63),( 0220 Fxatxt nnnc 中： 时间， s； 平板的导热系数，w/m ； 平板的导温系数， m2/s； aac ，n=1，2，3，；nFo

13、 傅立叶准则，Fo ； 2t0 初始温度,；图 第 二 类 边 界 条 件 无 限 大 平 板导 热 的 物 理 模 型11 沿 x 方向从端面向平板加热的恒定热流密度，w/m 2。cq随着时间 的延长， F0数变大，上式中级数和项愈小。当 F00.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成：（1）201(,)()6cqatxtxt由此可见，当 F00.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。这种状态称为准稳态。在准稳态时，平板中心面 x=0处的温度为：(2)021(,)()6cqatt平板加热面 x= 处为：(3)3(),(20ttc此两面的温差为： c

14、qtt1),(,如已知 qc和 ，再测出 t ，就可以由式（3）求出导热系数：tc2（4）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件。一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的 6倍以上时，两侧散热试件中心的温度影响可以忽略不计。试件两端面中心处的温度差就等于无限大平板两端面的温度差。根据势平衡原理，在准态时，有下列关系： dtCFqc式中： F 试件的横截面积，m 2；C 为试件的比热，J/kg； 为试件的密度(kg/m 3)； 为准稳态时的温升速率(/s)。dt由上式可得比热： dtqcc实验时， 以试件中心处为准。dt12三、实 验 设 备按上述理论及物理模型设计的实验装置如图 2

15、所示。绝 热 层试 件 1试 件试 件 3试 件 4绝 热 层 加 热 器加 热 器热 电 偶热 电 偶 可 调节 稳压 电源图 2 实验装置简图1. 试件试件尺寸为 100mm100mm，共四块，尺寸完全相同，=1016mm。每块试件上下面要平齐，表面要平整。2. 加热器采用高电阻康铜箔平面加热器，康铜箔厚度仅为 20m，加上保护箔的绝缘薄膜，总共只有 70m。其电阻值稳定，在 0100范围内几乎不变。加热器的面积和试件的端面积相同，也是 100100的正方形。两个加热器的电阻值应尽量相同，相差应在 0.1%以内。3. 绝热层用导热系数比试件小的材料作绝热层，力求减少热量通过，使试件 1、4

16、 与绝热层的接触面接近绝热。这样，可假定式（4）中的热量 qc等于加热器发出热量的 0.5倍。4. 热电偶利用热电偶测量试件 2两面的温差及试件 2、3 接触面中心处的温生速率，热电偶由 0.1的康铜丝制成。 实验时，将四个试件整齐迭放在一起，分别在试件 1和 2及试件 3和 4之间放入加热器 1和 2，试件和加热器要对齐。热电偶的放置如图 3，热电偶测温头要放在试件中心部位。放好绝热层后，适当加以压力，以保持各试件之间接触良好。13图 3计算机采集测试系统简图四、实 验 步 骤1. 用卡尺测量试件的尺寸：面积 F和厚度 ；用天平测量试件重量。2. 按图 2和图 3放好试件、加热器和热电偶，接

17、好电源。手动测量时，接好热点偶与电位差计及转换开关的导线，计算机采集不用。3. 接通测试装置的开关，调节加热器的电压电流至设定值。 （试验过程中，电流不容许变化。此值事先经实验确定） 。4打开计算机测试软件，进入“实验过程”界面，在参数设定区设置实验参数。分别输入试件厚度、面积、密度等已知数据。傅立叶准则设定为 0.5，采集时间间隔设定为 2分钟。设定完毕后开始采集数据。5. 经过一段时间后（与所测材料有关，一般为 1020 分钟） ，系统进入准稳态，此时软件显示的傅立叶数应大于 0.5，可根据软件采集界面的显示结果记录实验数据。然后关闭测试系统开关中止实验，取下试件及加热器，使加热器在室温下

18、冷却，待其和室温平衡后才能继续作下一次实验。6. 实验全部结束后，必须切断电源，一切恢复原状。五、数据处理和计算1.初始实验参数记录：室温： 加热器电流 I： A加热器电压 U： V 试件截面尺寸 F： 试件厚度： m 试件材料密度： /m 32.实验结果记录表序号加热电流热面温度冷面温度热流密度导热系数试件比热14根据初始参数和实验数据即可算出导热系数和试件比热，软件自动给出了计算结果。具体计算步骤如下：先求出：热流密度 w/； cIVqF根据准稳态时的温差 t （ 热面与冷面温度之差）；准稳态时的温升速率/小时；即可计算出：dt导热系数 w/mk ；tqc2比热 J/。d15实验四 气气

19、热管换热器实验一、实验目的1掌握气气热管换热器换热量 Q和传热系数 K的测试和计算方法。2了解热管换热器换热量与风温、风速及热管倾斜角度等关系。3熟悉热管换热器实验台的工作原理和使用方法。二、实验设备和原理1实验台的结构和主要参数气气热管换热器实验台的结构如下图一所示VA图 1 实验台的结构简图1、冷端风机 2、测温点 3、热管组 4、笛形管 5、风量调节 6、热风机 7、电加热器组 8、 笛形管 9、热风循环管道 10、工作台旋转台 11、仪表盘 12、热风调节阀实验台主要由翅片式（铝轧片管）热管换热器、电加热器组、冷热端风机、风量调节阀门、测速笛形管、差压传感器、万能信号输入巡检仪、测温系

20、统和工作台等组成。实验台的主要参数有：（1）冷、热端测速段风管截面积 FL,FR m2(D=160mm)4D（2）冷、热端热管结构参数：见图 216（3）热管换热器冷、热端的总传热表面积m2（根据管和翅片面积计算）3.18LcRFm2（根据管面积计算）0g（4）安装形式：14 根 3列竖向、叉排。图图 2冷、热端热管结构图2工作原理经热端风机压出的空气被电加热器加热后流经热管器下半部、加热并启动热管，热管内部工质（丙酮）受热沸腾，其蒸汽将热量带出热管换热器上半部，并通过翅片加热冷端空气，蒸汽冷凝后沿管壁流向热管下半部。冷、热端空气的流量是通过笛形管用微压计来测量，空气温度利用万能信号输入巡检仪

21、测量。通过本实验可掌握气气热管换热器换热量 Q和传热系数 K的测试和计算方法，了解热管换热器换热量与风温、风速及热管倾斜角度等关系，熟悉热管换热器实验台的工作原理和使用方法。三、 实验步骤：1转动卡轴，将控制箱抬至水平位置。2将电源插头插在插座上并合上总电源开关。此时，温度仪表显示。3开启热端风机开关，调节热端循环风量（利用风机出口处的风量调节板，改变其面积来进行调节） 。4全开三组电加热器（电热器开关受热端风机开关控制，只有当热端风机开启后才能接通电加热器开关） 。5观察热风温度，待该温度达到（或接近）实验值时，开启冷端风机开关，并利用其进风口处的旋转调风阀改变其开口大小来调节冷端风量。6调

22、节热风温度，使其趋近和达到稳定。热端进风温度是用电加热器开关的开启数量（即接通电加热器的数量）和电加热器的调压旋转钮来进行调节。注意：热管换热器工作温度（热风进口温度）为 60100，切勿超温使用，以防破坏热管。电加热器组分三级（2KW、1KW、01KW）进行控制，其中一组可利用调压旋钮进行无级调节。177在第一个实验工况点稳定后即可测试。人工采集则记录冷、热端微压计指示值及各测点空气温度值，记录工作每隔 23 分钟进行一次作为该点工况的测试数据。8依次调整可调参数（整个实验可将可调参数在调节范围内均匀地分成 35 个工况点进行测定） ，重复上述步骤，测定工况点的数据。9实验结束后，首先停止电

23、加热器工作，3 分钟后停止冷、热端风机工作，切断电源。放回控制箱。实验台可进行以下三种状态实验：（1）热管换热器垂直放置，固定冷、热端空气流量，改变热端空气进口温度（温度调节范围：60100）（2）热管换热器垂直放置，固定热端空气进口温度，同步改变冷、热端空气流量（亦可单独改变冷端或热端空气流量） 。（3）固定热端空气温度及冷、热端空气流量、改变热管换热器倾斜角度。热管换热器倾斜角度可调，可向前方旋转 090，除 0和 90可直接卡在限位挡板上外，其余角度均可利用换热器顶部的铁链挂在前部限位挡板上的位置进行调节。四、数据处理和计算1冷、热端空气流量计算(1) 冷端流速 m/sLLjL PPV2

24、)(2流量 VL=FLVL m3/s(2) 热端流速 m/sRRjR2)(2流量 VR=FRVR m3/s2换热量计算(1) 冷端换热量 W)(10512LLLTVQ(2) 热端换热量 WRRR(3) 平均换热量 W2L3热平衡误差计算 %10QLR184传热系数计算或 cRQKFtgRQKFt式中： PL， PR 冷、热端测速段全压，Pa；PLj， PR j 冷、热端测速段静压，Pa；P L， P R 冷、热端测速笛形管压差，Pa； L=1.025, R =1.036 冷、热端测速段笛形管压差修正系数； L， R 冷、热端测速段笛形管流量修正系数； L， R 冷、热端测速段空气密度，kg/m

25、 3；TL1, TL2 冷端空气进出口温度，；TR1, TR2 热端空气进出口温度，；t 传热温差，。 2)()(11LRLRTTt实验结果记录表序号 冷端流量热端流量功率冷端换热量热端换热量热平衡误差传热系数五、思考题1. 分析热平衡误差产生的原因。2. 讨论热管换热器换热量（或传热系数）与可调参数的关系。19实验五 强迫对流翅片管束管外放热实验一、实验目的1了解热工实验的基本方法和特点。2学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法。3巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识。4培养学生独立进行科研实验的能力。二、实验原理翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光

26、管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。空气（气体）横向流过翅片管束时的对流放热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下：Nu=f(Re、P r、 N) (1)、 oltooDPBDH/式中： Nu= Nusselt数；oDRe= = Renolds数；mUGPr= = Prandtl数。CH、 、 B分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；Pt、 Pl 为翅片管的横向管间距和纵向管间距； N为流动方向的管排数；Do为光管外径， Um、 Gm为最窄流通截面处的空气流速（m/s）和质量流速（kg/m 2s） 且 Gm=Um 。 、 、 、

27、 、 为气体的特性值。此外，放热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外放热系数会高于顺流的情况。对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时，式（1）可简化为：Nu =f（R e、P r） (2)对于空气，P r数可看作常数，故Nu =f（R e） (3)20式（3）可表示成指数方程的形式Nu =CRen (4)式中，C、n 为实验关联式的系数和指数。这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束，为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响，需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理。对于翅片管，管外放热系数可

28、以有不同的定义公式，可以以光管外表面为基准定义放热系数，也可以以翅片管外表面积为基准定义。为了研究方便，此处采用光管外表面积作为基准，即：(5)()owaQnDLT式中： Q为总放热量，W ； n为放热管子的根数； D 0L为一支管的光管换热面积，m2； Ta为空气平均温度，； Two为光管外壁温度，。此处， 的单位为 w/m2。如何测求翅片管束平均管外放热系数 是实验的关键。如果直接由式（5）来测a求 ，势必要测量管壁平均温度 Two，这是一件很困难的任务。采用一种工程上更通用的方法，即：威尔逊方法测求管外放热系数，这一方法的要点是先测求出传热系数，然后从传热阻中减去已知的各项热阻，即可间接

29、地求出管外放热热阻和放热系数。即 (6) wioiRDK1式中： K为翅片管的传热系数，可由实验求出(7)(TLnQvo其中： Tv代表管内流体的平均温度。 i是管内流体对管内壁的放热系数，可由已知的传热规律计算出来； Rw由管壁的导热公式计算之。应当指出，当管内放热系数 i 时，管内热阻 将远远地小于管外热阻 ，ai11这时， i的某些计算误差将不会明显地影响管外放热系数 的大小。为了保证 i有a足够大的数值，一般实验管内需采用蒸汽冷凝放热的换热方式。本实验系统中，采用热管作为传热元件，将实验的翅片管，做成热管的冷凝段，即热管内部的蒸汽在翅片管内冷凝，放出汽化潜热，透过管壁，传出翅片管外，这

30、就保证了翅片管内的冷凝过程。这时，管内放热系数 i可用 Nusselt层流膜层凝结原理公式进行计算，即： (8)31231)()48.gi式中， 为单位冷凝宽度上的凝液量,其中， r为汽化潜热，J/kg；D iiDrnQ为管子内径，式（8）中第 2个括号中的物理量为凝液物性的组合。21圆筒壁的导热热阻为m2l/w (9)iowDRln应当注意，式（6）中的各项热阻都是以光管外表面积基准的。三、实验设备实验的翅片管束安装在一台低速风洞中实验装置和测试仪表如图 1所示。试验由有机玻璃风洞，加热管件、风机支架、测试仪表等六部分组成。有机玻璃风洞由带整流隔栅的入口段，整流丝网、平稳段、前测量段、工作段

31、、后测量段、收缩段、测速段、扩压段等组成。工作段和前后测量段的内部横截面积为300mm300mm。工作段的管束及固定管板可自由更换。试验管件由两部分组成；单纯翅片管和带翅片的试验热管，但外形尺寸是一样的采用顺排排列，翅片管束的几何特点如表 1所示：表 1翅片管束的几何参数翅片管内 径翅片管外 径 翅片高度 翅片厚度 翅片间距横向管间 距纵向管间 距 管排数Di Do H B Pt Pl Nmm mm mm mm mm mm mm20 26 13 1 4 75 83 74根试验热管组成一个横排，可以放在任何一排的位置上进行实验。一般放在第3排的位置上，因为实验数据表明，自第 3排以后，各排的放热

32、系数基本保持不变了。所以，这样测求的放热指数代表第 3排及以后各排管的平均放热系数。试验热管的加热段由专门的电加热器进行加热，电加热器的电功率由电流、电压表进行测量。每一支热管的内部插入一支铜鏮铜热电偶用以测量热管内冷凝段的蒸汽温度 Tvo ， 电加热的箱体上，也安装一支热电偶，用以确定箱体的散热损失。热电偶的电动势由巡检仪进行测量。VA图 1实验风洞系统简图1、风机支架 2、风机 3、风量调节手轮 4、过渡管 5、测压管 6、测速段 7、过渡管 8、测压管 9、实验管段 10、测压管 11、吸入管 12、支架 13、加热元件 14、控制盘空气流的进出口温度也安装一支热电偶，热电偶的电动势由巡

33、检仪进行测量。空气流经翅片管束的压力降由倾斜式压力计测量，管束前后的静压侧孔都是 4个，均布在前后测量段的壁面上。22空气的速度和流量由安装在收缩段上的毕托管和微压差传感器测量，由巡检仪进行采集数据。四、实验步骤1熟悉实验原理，实验设备。2调试检查测温、测速、测热等各仪表，使其处于良好工作状态。3接通电加热器电源，将电功率控制在 23KW 之间，预热 510 分钟后，开动引风机，注意到引风机需在空载或很小的开度下启动。4调整引风机的阀门，来控制实验工况的空气流速，一般，空气风速应从小到大逐渐增加，实验中，根据毕托管压差读值，可改变 67 个风速值，这样，就有 67 个实验工况。5在每一个实验工

34、况下，待确认设备处于稳定状态后，进行所有物理量的测量和记录，将测量的量整齐地记收预先准备好的数据记录表格中。6进行实验数据的计算和整理，将结果逐项记入数据整理表格中。在整理数据时，可以用手算程序，也可以用预先安排好的计算机程序。7对实验结果进行分析和讨论。应注意，当所有工况的测量结束以后，应先切断电加热器电源，待 10分钟后，再关停引风机。五、数据处理和计算实验数据记录表电压 电流 功率 管内平均 温度 流速压 头 入口气温 出口气温 室温 炉外温度管外放热系数的计算可按下述步骤进行：1 计算风速和风量测量截面积的风速 hgU2测式中压差 单位为 Pa；空气密度 单位为 kg/m3。h风量 M

35、a=U 测 F 测 测式中：测量截面积 F测 =0.075 0.3m2，测量截面处的密度由出口空气温度 Ta2确定。2计算空气侧吸热量Ql=Ma Cpa (Ta2-Ta1)3计算电加热器功率Q2=I U4计算加热器箱体散热量。因箱体温度很低，散热量小，可由自然对流计算Q3= c Fb (T - T0)此处， c为自然对流散热系数，可近似取 c=5w/m2进行计算； Fb为箱体散热面积， T 为箱体温度， T0为环境温度。235计算热平衡误差 132)(QD6计算翅片管束最窄流通截面处的流速和质量流速m/smUF测 测 窄kg/m2sG7计算 Re数Re= moD8计算传热系数 20/)(wTL

36、nQKavl9计算管内凝结液膜放热系数由式（8）进行计算，对于以水为工质的热管，液膜物性值都是管内温度 Tv 的函数，因此，式（8）可简化为： 31)(67.9340256( 2ilvvl nDTa10计算管壁热阻，由式（9）计算11由式（6）计算管外放热系数12计算 iuDN六、思考题1 测量求得的管外放热系数 包括了几部分热阻？a2 所求实验公式的应用条件和范围是什么？应用威尔逊方法需保证什么条件？3 每支实验热管的管内温度 不尽相同，这对放热系数 的精确性有何影响？vTa4 分析实验误差来源和改进措施。5 通过实验，掌握了哪些实验技能？巩固了哪些基本概念？24实验六 伯努利能量方程实验一

37、、实验目的观察流体流经能量方程实验管时的 能量转化情况，并对实验中出现的现象进行分析，从而加深对能量方程的理解。二、实验装置图 1 流体力学综合试验台能量方程实验示意图1、储水箱 2、上、回水管 3、电源插座 4、恒压水箱 5、墨盒 6、压差板 7、调节阀 8、计量水箱 9、回水管 10、实验桌 流体力学综合实验台中，能量方程实验部分涉及的有上水箱、能量方程实验管、上水阀门、调节阀门、水泵、测压管板和计量水箱等。三、实验步骤和方法1. 开启水泵，全开上水阀门使水箱注满水。2. 再调节上水阀门，使水箱水位始终保持不变，并有少量溢出。3. 检查在实验过程调节流速的调节阀门，使其开至适当位置。4.

38、调节出水阀门至一定开度，测定能量方程实验管的四个断面四组测压管的液柱高度，并利用计量水箱和秒表测定流量。5. 改变阀门的开度，重复上面方法进行测试。四、数据处理和计算25实验结果记录表 流量左 右 左 右 左 右 左 右 m3/s总水头压力水头速度水头位置水头总水头压力水头速度水头位置水头能量方程管断面的中心线距基准线高(mm)能量方程管内径 d(mm)五、思考题1. 根据测试数据的计算结果，运用能量方程进行分析，解释各测点各种能头的变化规律。2. 绘出某一流量下各种水头线（如下图） ，测 点 编 号液 住高 或差工 况26实验七 沿程水头损失与流速的关系 一、实验目的1加深了解圆管层流和紊流

39、的沿程损失随平均流速变化的规律，绘制 lghf -lg 曲v线。2掌握管道沿程阻力系数的量测技术和应用压差计的方法。 二、实验原理图 1 沿程水头损失与平均流速的关系实验管段 对沿程阻力两测点的断面列能量方程whgvpZgvpZ2211因实验管段水平，且为均匀流动：rwvd;21121得： hgphr上式中： ：测压管水头差即为沿程水头损失。w由此式求得沿程水头损失，同时根据实测流量计算平均流速 V，将所得 ，V 数wh据点绘在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失与流速的关系。三、实验步骤271. 将实验台个阀门置于关闭状态，开启实验管道阀门。2. 开启水泵，检查管路系统是否有泄漏。3. 排放导

40、压橡胶管内的空气。4. 开启调节阀门，测读测压计水面差；5. 用体积法测量流量，并计算出平均流速；6. 将实验的 与计算得出的 值标入对数坐标纸内，绘出 lghr-lg 关系曲线；wh7. 调节阀门逐次由大到小，共测定 10次；使流速经过紊流区、过渡区、合层流区。四、数据处理和计算仪器常数：d= cm, A= cm2，L= m, t= 实验结果记录表No h1(cm) h2(cm) hf(cm) V(cm3) lghf(cm3) t(s) q(cm3/s) (cm/s)vlg v1234567891028实验八 阀门局部阻力系数的测定一、实验目的1掌握管道中阀门局部阻力系数的测定方法。2了解阻

41、力系数在不同流态，不同雷诺数下的变化情况。3测定阀门不同开启度时（全开、约 30、约 45三种）的阻力系数。4掌握三点法、量测局部阻力系数的方法。二、实验原理图 1 阀门局部阻力测试简图对 1、4 两断面列能量方程式，可求得阀门的局部水头损失与 2(L1+L2)长度上沿程水头损失之和(L=L 1=L2)，用 hw1表示，则有下式： 131hgPw同理对 2,3两断面列能量方程式，可求得阀门局部水头损失与 L1=L2长度上的沿程水头损失之和，用 hw2表示： 232hgPw所以阀们的局部水头损失 应为h12h12g所以阀门的局部阻力系数应为：2921)(gh式中： 为管道断面的平均流速。三、实验

42、步骤1.本实验共进行三组实验，阀门全开，30 o, 45o每组做三个实验点。2.开启进水阀门，是压差达到测压计可测量的最大高度。3.测读压差，同时用体积法测量流量。4.每组各个实验点的压差值不要太接近。5.变换阀门开启角度重复上述步骤。6.绘制 曲线。)(fa四、数据处理和计算实验结果记录表开启度序号h1cmh4cm1cmh2cmh3cm1cm12hcmVCm3tsQCm3/sCm/s全开30045030实验九 文丘里流量计实验一、实验目的1.通过测定流量系数，掌握文丘里流量计测量管道流量的技术。2.验证能量方程的正确性。二、实验原理图 1 文丘里测试原理图根据能量方程式和连续性方程式，可得不计阻力作用的文氏管过水能力关系式 hKPZgdQ)()(21)(4 212 其中： 1)(42dK式中： 为两断面测压管水头差)()(21PZhh由于阻力的存在，实际通过流量 Q恒小于 Q。引入无量纲系数 ( 称为文Q丘里流量修正系数)