热工实验指导书#特选内容

1、热工实验指 导 书唐慕萱 王素美 姜慧娟东南大学能源与环境学院二O O九年二月目 录实验一 空气定压比热容测定2实验二 空气绝热指数的测定7实验三 喷管实验气体在喷管中流动性能的测定11实验四 管道沿程阻力测定19实验五 圆柱、机翼等物体的绕流流动显示观察24 实验六 绕圆柱体压力分布的测定26实验七 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数30实验八 恒热流准稳态平板法测定材料热物性34实验九 空气橫掠圆柱体时局部换热系数的测定39实验十 辐射换热角系数的测定49实验十一 材料表面法向热发射率（黑度）的测定52附 录 56实验一 空气定压比热容测定一、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识

2、，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为 （1）在没有对外界作功的气体定压流动过程中，, 此时气体的定压比热容可表示为 （2）当气体在此定压过程中由温度t1被加热至t2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定 (kJ/kg) (3)式中，M 气体的质量流量，kg/s;Qp气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s。大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度t1被加热至t2时，其中的水蒸汽

3、也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为(kJ/kgK)式中T为绝对温度，单位为K。该式可用于250600K范围的空气，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为 （4）由t1加热到t2的平均定压比热容则为 (5)这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。因此，可以对某一气

4、体在n个不同的平均温度t m i下测出其定压比热容c p m i ，然后根据最小二乘法原理，确定 （6） （7）从而便可得到比热容的实验关系式。三、实验设备 图 1 实验装置图1.整个实验装置由风机、流量计、测试比热容仪器本体、电功率调节系统及测量系统共四部分组成，如图1所示。2.比热容仪器本体由图2所示。3.空气（或其它气体）由风机经流量计送入比热容仪本体，经加热、均流、旋流、混流、测温后流出。气体流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的电压调节。4.该比热容仪可测量300以下气体的定压比热容。 图 2 比热容仪本体图 四、实验步骤1.按图1所示接好电源线和测量仪表。经指导教师认可后接

5、通电源，将选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。2.小心取下流量计上的温度计。开动风机，调节流阀，使流量保持在预定值附近，测出流量计出口处的干球温度t a和湿球温度t w。3.将温度计放回原位。调节流量，使它保持在预定值附近。调节电压，开始加热（加热功率的大小取决于气体流量和气流进出口温度差，可依据关系式Q =K 12 t /进行估算，式中Q为加热功率，W；t为比热容仪本体进出口温度差，；为每流过10升空气所需要的时间, s；K为设备修正系数 ）。4.待出口温度稳定后（出口温度在10分钟内无变化或有微小变化，即可视为稳定），即可采集实验数据。需采集的数据有：(1)每10升气体通过流量计时所需

6、的时间（s）；(2)比热容仪进口温度 t 1 （）与出口温度 t 2 （）；(3)当时大气压力B （mmHg） 和流量计出口处的表压力h （mmH2O）；(4)电加热器的电压U （V） 和电流 I ( A )；5.改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重复步骤4。在允许的时间内可多做几次实验。将上述实验数据填入所列的原始数据表中。五、计算公式1.根据流量计出口处空气的干球温度 t a和湿球温度 t w，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度，再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量d (g水蒸汽 / kg干空气)，计算出水蒸汽的容积成分r w 2.电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要

7、考虑电流表的内耗。如电压表和电流表采用图1所示的接法，则应扣除电流表的内耗。设电流表的内阻为RmA()，则可得电加热器单位时间放出的热量 kJ/s3.干空气流量为 kg/s4.水蒸汽流量为 kg/s5.水蒸汽吸热量为 kJ/s6.干空气吸热量为六、实验报告要求1.简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。2.实验原始数据记录表，计算过程及计算结果。3.将实验结果表示在c pm t m 的坐标图上，用（6）和（7）式确定A、B，确定平均定压比热容与平均温度的关系式（5）和定压比热容与温度的关系式（4）。4.对实验结果进行分析和讨论。七、注意事项1.切勿在无气流通过的情况下使加热器投入工作，

8、以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。2.输入加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，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或骤降而损坏。4.停止实验时，应先切断电加热器，让风机继续工作十五分钟左右。八、思考题1.如何在实验方法上考虑消除电加热器热损失的影响？2.用你的实验结果说明加热器的热损失对实验结果的影响怎样？3.测定湿空气的干、湿球温度时，为什么要在湿式流量计的出口处而不在大气中测量？4.在本实验装置中，如把湿式流量计连接位置改在比热容仪器的出口处，是否合理？为什么？实验二 空气绝热指数的测定一、实验目的1.学习测量空气绝热指数的方法。2.通过

9、实验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力。3.通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。二、实验原理在热力学中，气体的定压比热容c p和定容比热容c v之比被定义为该气体的绝热指数，并以k表示，即。本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指数k 。该实验过程的pv 图，如图1所示。图中A B为绝热膨胀过程；B C为定容加热过程。因为A B为绝热过程，所以 （1） B C为定容过程，所以。假设状态A与C所处的温度相同，对于状态A、C可得： （2） 将（2）式两边k次方得 图 1 （3） 比较（1）、（3）两式，可得 将上式两边取对数，可得 （4）因

10、此，只要测出A、B、C三个状态下的压力pA、pB、pC ，且将其代入（4）式，即可求得空气的绝热指数k 。三、实验设备本实验的实验设备如图2所示。实验时，通过充气阀对刚性容器进行充气，至状态A，由U形管差压计测得状态A的表压h A ( mmH2O )，如图3状态A，我们选取容器内一分气体作为研究对象，其体积为VA，压力为pA，温度为TA，假设通过排气阀放气，使其压力与大气压被力相平衡，恰好此时的气体膨胀至整个容器（体积为VB），立即关闭排气阀，膨胀过程结束。因为PB = pa（大气压力），由于此过程进行得十分迅速，可忽略过程的热交换，因此可认为此过程为定量气体的绝热膨胀过程，即由状态A (pA

11、、VA、TA)绝热膨胀至状态B (pB、VB、TB)。（注意VB等于容器体积，VA为一小于容器体积的假象体积）。处于状态B的气体，由于其温度低于环境温度，则刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量，当容器内的气体温度与环境温度相等时，系统处于新的平衡状态C (pC、VC、TC)。若忽略刚性容器的体积变化，此过程可认为是定容加热过程。此时容器内气体的压力可由U形差压计测得hC ( mmH2O )。至此，被选为研究对象的气体，从A经过绝热膨胀过程至B，又经过定容加热过程至C，且状态A、C所处的温度同为环境温度，实现了图1中所示的过程。图 2 实验设备示意图图 3 气体热力过程示意图 四、实验步骤1

12、.实验前，认真阅读实验指导书，了解实验原理2.进入实验室后，参考实验指导书，对照实物熟悉实验设备。3.实验中，由于对装置的气密性要求较高，因此，实验开始时，首先应检查装置的气密性。方法是，通过充气阀对刚性容器充气至状态A，使hA = 200 ( mmH2O )左右，过几分钟后观察水柱的变化，若不变化，说明气密性满足要求；若有变化，则说明装置漏气。此步骤一定要认真，否则，将给实验结果带来较大的误差，同时读出hA的值。4.右手转动排气阀，在气流流出的声音“拍”消失的同时关上排气阀（此时，恰到好处，实验操作者在实验正式开始前要多练习几次）。5.待U型管差压计的读数稳定后，读出hC（大约需5分钟左右的

13、时间）。6.重复上述步骤，多做几遍，将实验中采集的数据填在实验数据表格中，并求k值。五、计算公式如果将前述的（4）式直接用于实验计算的话，那是比较麻烦的。因此，针对我们的实验条件，现将（4）式进行适当的简化。设U型管差压计的封液（水）的重度为= 9.81103 （N/m3），实验时大气压力则为pa103（mmH2O）。因此，状态A的压力可表示为pA= pa + hA，状态B的压力可表示为pB = pa，状态C的压力可表示为pC = pa + hC。将其代入（4）式得 （5）实验中由于刚性容器的限制，一般取200（mmH2O），且 ，因此有 ， 。所以，按照近似的方法，（5）式可简化为 （6）这

14、即为利用本实验装置测定空气绝热指数k的简化（近似）计算公式。六、实验数据记录和整理室 温ta 大气压力pa mmHg湿 度 %。实验数据记录表序号hA (mmH2O)hC (mmH2O)hA - hCk=hA/(hA-hC)12345678910ki/10七、实验报告要求1.预习实验报告，了解实验原理，熟悉实验方法，实验时认真动手操作。2.书写实验报告，其内容除实验数据记录和整理外，还包括实验原理简述、实验设备简介和对实验结果的分析及讨论。八、实验思考题1.漏气对实验结果有何影响？2.实验中，充气压力选得过大或过小，对实验结果有何影响？3.空气的湿度对实验结果有何影响？4.在定容加热过程中，如

15、何确定容器内的气体温度回到了初温？5.若实验中，转动排气阀的速度较慢，这将对实验结果产生何种影响？6.本实验所选定的热力系对刚性容器而言是开口变质量热力系，请按开口系统导出（4）式。实验三 喷管试验气体在喷管中流动性能的测定一、实验目的和任务1.巩固和验证有关喷管基本理论。熟悉不同形式喷管的机理，掌握气流在喷管中的流速、流量、压力变化的基本规律及有关测试方法。2.对渐缩喷管和缩放喷管进行下列测定(1)测定不同工况（初压P1不变，改变背压Pb）时气流在喷管中的流量M；绘制MPb曲线；比较最大流量Mmax的计算值和实测值；确定临界压力Pc。(2)测定不同工况时气流沿喷管各截面（轴线位置x）的压力P

16、的变化；绘制出一组Px曲线；分析比较临界压力Pc的计算值和实验值；观察和记录Pc出现在喷管中的位置。(3)将MPb曲线和Px曲线相比较，分析异同点及原因。二、实验原理1.在稳定流动中，喷管任何截面上质量流量都相等。且不随时间变化。若初速度为0,流量大小可由下式决定式中：k气体的绝热指数； f2喷管出口截面积，m2; v2气体比体积，m3/kg ;p 压力，Pa。下标符号：1指喷管入口，2指喷管出口。若降低背压，使渐缩喷管的出口压力p2或缩放喷管的喉部压力降至临界压力pc时，喷管中的流量便达到最大值，相应的计算公式为 临界压力pc的大小为 渐缩喷管中的流量M一旦达到最大值，再降低背压pb,流量M

17、保持不变。流量M随背压pb的变化关系如图1所示（虚线表示理想气流，实线表示实际气流）。缩放喷管与渐缩喷管的不同点是，流量达到最大值时的最高背压(pb),不再是pc而应是某一压力pf 。流量M随背压pb的变化关系如图2所示（虚线表示理想气流，实线表示实际气流）。2.沿喷管轴线x各截面的压力p，在喷管形状和工质的初态及背压一定时，可根据连续性方程和状态方程计算得到，也可用实验方法测得如图3、4所示的图形。（1）图3所示的一组曲线表明，理论上渐缩喷管内任何截面的压力都不可能低于临界压力pc,当背压低于pc时气流在喷管外继续膨胀。（2）图4所示的一组曲线表示在不同的背压pb下,缩放喷管内各截面上压力p

18、的变化情况。当pbpd,管内膨胀不足。只能在管外继续膨胀。当pbpd，气流在管内得到完全膨胀。出口压力与背压pb一致，称为设计工况。相应地，称pbpd为超设计工况，pbpd为亚设计工况。对于亚设计工况，当pdpbpe,气流在管内膨胀过渡，出口压力仍为pd，但随即在出口产生斜激波（pbpe ）或正激波（pbpe），使压力由pd升高至pb。当pepbpf。正激波由管口移到了管内。pb越高越往前移。通过正激波压力跃升。气流由超音速变为亚音速，然后沿扩大段扩压减速流至出口，压力等于背压pd。对于上述pbpf诸情况，喉部始终保持临界状态。当pbpf时,整个喷管内都是亚音速，喉部不再是临界状态，缩放喷管成

19、为文丘利管。三、实验装置实验装置由实验台本体、真空泵、测量仪表三大部分组成。实验台本体结构如图5所示。空气自吸气口1进入进气管2,流过孔板流量计3,流量的大小可以从U形管差压计4读出。喷管5用有机玻璃制成，有渐缩和缩放两种形式，如图6、7所示。根据实验要求，可松开夹持法兰上的螺栓，向左推开进气管的三轮支架6,更换所需的喷管。喷管各截面上的压力由插入喷管内的测压探针13连接至移动标准真空表8测量。它们的移动通过手轮螺杆机构9实现。在喷管后的排气管上还装有背压真空表7。真空罐11起稳定背压的作用。罐内的真空度通过背压调节阀10来调节。为减少振动，真空罐与真空泵之间用软管12连接。真空泵是1401型

20、，排气量3200kg/min。四、实验步骤分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下操作：1.装好喷管。2.对真空泵作开车前检查（检查传动系统、油路、水路），打开背压调节阀，用手转动真空泵飞轮一周，去掉气缸中过量的油，开启电动机。当达到正常转速后即可开始实验。3.将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时p2pb。改变调节阀开度，调节背压pb自p2 开始逐渐降低，记录在不同pb下的孔板压差p值。实验时注意记录下p开始达到最大值时的pb，以求得pc或pf值。4.调节出某一背压pb后，摇动手轮，使x自喷管进口逐步移至出口外一段距离。记录下不同x值下的p值，以测定不同工况下的px曲线。5.

21、停车。1吸气口；2进气管；3流量计；4U型管差压计；5喷管；6三轮支架；7背压真空表；8真空表；9手轮螺杆机构；10背压调节阀；11真空罐；12软管； 13测压探针图5 实验装置图 图6 渐缩喷管 图7 缩放喷管6.原始实验数据记录。（1）数据记录：设备名称、型号、规格等。（2）常规数据记录：当地大气压、温度、实验环境状况。（3）实验技术数据记入附表内。五、实验数据整理1.因进气管中气流速度很低，在最大流速时其数量级1m/s，故可近似认为初压p1和初温t1即是气流的总压（滞止压力）和总温（滞止温度）。初温t1等于大温度ta，初压p1略低于大气压pa，可按下式计算 式中：pU形管差压计读数,mm

22、H2O。 2.孔板流量计流量的计算公式为式中: 几何修正系数，等于1;pU形管差压计读数,mmH2O;流速膨胀系数； 气态修正系数 pa大气压力，mbar; ta大气温度，。图8为孔板流量计的关系曲线。六、实验报告要求及内容1.简述实验原理与过程。2.绘出实验装置简图，并标出各主要设备名称。3.各种数据的原始记录。4.数据整理过程举例及各过程中使用公式和各项的单位。5.实验数据处理及分析。包括：最大流量Mmax、临界压力；用座标纸绘出Mpb曲线和px曲线；对实验值与理论值进行分析。6. 回答思考题。七、 思考题1.何为喷管的临界状态？ 临界压力如何确定？2.渐缩和缩放喷管出口截面压力与背压之间

23、有何关系？3.气流在渐缩形喷管及缩放形喷管的出口截面上压力均能降到临界压力以下吗？4.工况一定，流经喷管内不同截面的流量相同吗？喷管实验记录（一） 室温：ta （单位） 大气压力：pa （单位）喷管类型最小截面积（m2）主 要 参 数喷 管 流 量喷管入口压力p1喷管背压pb孔板压差p（单位）流速膨胀系 数流量M （单位）M10n真空度(单位)绝对压力（单位）真空度（单位）绝对压力（单位）喷管实验记录（二）喷管类型喷管截面至入口距离x mm截 面 压 力 p (单位)pbpc（或pbpdpbpc (或pdpbpf)pbpc(或pbpf)真空度绝对压力真空度绝对压力真空度绝对压力05101520

24、253035404550实验四 管道沿程阻力测定一、实验目的1.通过实验了解影响沿程阻力的因素。2.找出沿程阻力系数与雷诺准则的关系=f(Re)。3.学会将实验得到的数据整理成经验公式的方法。二、实验原理人们在有关流动阻力的广泛实验研究中发现：流体流动阻力的变化规律与其流动状态有关，而流体的流动状态有层流和紊流之分。英国物理学家雷诺首先用流动可视化的办法，证实了流动中确实存在着层流和紊流两种流动状态。这对流体沿管道流动所受到的阻力规律，给出了合理的解释。雷诺不仅形象地揭示了两种不同的流态，而且通过大量的实验，建立了一个判别流态的无量纲准则-雷诺准则 (1)不论什么性质的流体(,),也不论在尺寸

25、(d)多大的管道中以多高的平均流速(V)流动，凡Re2000的流动就是层流, Re2000的流动就属于紊流了。流体沿内径均匀的管道流动时，所产生的沿程损失hf是与管长l管径d管壁粗糙度Ks流体的平均流速V密度粘度以及流态有关。根据相似原理分析，hf可由下面的关系式表示令 则 (2)式中，称为沿程阻力系数。此式为最常用的达西公式。由此可知，只要决定了沿程阻力系数，计算沿程损失的问题就解决了。但是，沿程阻力系数是雷诺准则Re和管壁粗糙度Ks/d的函数，它只能用实验数据整理而成的实验曲线或经验公式进行计算，要把对应于不同雷诺准则和不同相对粗糙度的=f (Re,Ks/d) 曲线通过实验方法做出来，这本

26、身就是一项很复杂的工作。在教学实验中，限于条件，只能就一种特定Ks/d的管道，在不同的Re下做若干个实验点，把这些实验点画在对数坐标纸上可得到一条曲线(如图一所示)。这条曲线的直线段在纵坐标上的截距是logK，直线段的斜率n = tg是可以在图上得到的。由此可以得出直线段的数学方程式 (3)或 (4)这便是通过实验方法确立=f (Re) 曲线上直线段的数学表达式，即是通常所采用的经验公式。实验时，只需测出通过管内流体的平均流速V和这一段实验管的沿程损失hf，就可由（2）式计算出，即 (5)改变管内水的流速，便可得到在不同雷诺数Re下的沿程阻力系数值，从而将这些实验数据按前述方法回归出一个经验公

27、式。三、实验设备本实验装置如图二所示。根据压差大小,有两种测量形式:形式 压差计测压差.低压差用水压差计测量,主要用于管内流体在层流段流动的测量。形式 电子测压仪测压差。高压差用电子测压仪测量, 主要用于管内流体在紊流段流动的测量。 电子测压仪的连接如图三所示。本实验装置由以下几个主要部分组成:1.自动水泵与稳压器自循环高压恒定自动供水器由离心泵、自动压力开关、气水压力罐式稳压器等组成。压力超高时能自动停机，过低时能自动开机。为避免因水泵直接向实验管道供水而造成的压力波动等影响，离心泵的输水是先经入稳压器的压力罐，经稳压后再送向实验管道。2.旁通管与旁通阀由于本实验装置所采用水泵的特性，在供小

28、流量时有可能时开时停，从而造成供水压力的较大波动。为了避免这种情况出现，供水器设有与蓄水箱直通的旁通管(图中未标出)，通过分流可使水泵持续稳定的运行。旁通管中设有调节分流量至蓄水箱的阀门，即旁通阀门，实验流量随旁通阀开度减小(分流量减小)而增大。实际上旁通阀又是本实验装置用以调节流量的重要阀门之一。3.稳压筒为了简化排气并防止实验中再进气，在传感器前连接由2只冲水(不满顶)之密封立筒构成。4.电子测压仪由压力传感器和主机两部分组成。经由连通管将其接入测点(见图三)。压差读数(以厘米水柱为单位)通过主机显示。四、实验步骤1.熟悉实验设备，搞清各组成部件的名称、作用及其工作原理；检查蓄水箱水位是否

29、够高及旁通阀12是否已关闭。否则予以补水并关闭阀门。2.接通电源，全开阀门12，打开供水阀13，水泵自动开启供水。3.夹紧水压差计止水夹，打开出水阀10和进水阀13（逆时针向），关闭旁通阀12（顺时针向），启动水泵排除管道中的气体。4.全开阀12，关闭阀10，松开水压差计止水夹，并旋松F1,排除水压差计中的气体。随后关闭阀13，打开阀10，使水压差计的液面降至标尺零指示附近，即旋紧F1。再次开启阀13，并立即关闭阀10，稍后片刻检查水压差计液面是否齐平，如不平则需重调。5.水压差计液面齐平时，则可旋开电测仪排气旋钮，对电测仪的水管通水、排气，并将电测仪调至“000”显示。6.实验装置通水排气后

30、，即可进行实验测量。在阀12和阀13全开的前提下，逐次开大出水阀10，每次调节流量时均需稳定23分钟，流量愈小，稳定时间愈长；测流量的时间不小于810秒；测流量的同时，需测量记录水压差计（或电测仪）、温度计（温度计应挂在水箱中）等的数值。层流段：应在水压差计h202（夏季）h302（冬季）量程范围内，测量并记录45组数据。紊流段：夹紧水压差计止水夹，开大流量，用电测仪记录值，每次增量可按h100 C2递增，直至测出的最大值。阀门操作次序是当阀13、阀10开至最大后，逐渐关闭阀12，直至显示最大值。7.结束实验前，应全开阀12，关闭阀10，检查说水压差计与电测仪是否指示为零，若均为零，则关闭阀1

31、3，切断电源。否则，表明差压计已进气，需重新做此实验。记录管径、实验段管长度等实验数据。并将实验数据请实验指导教师过目。经实验指导教师同意后，关闭进出口水阀，切断电源并整理好实验现场。五、实验数据与实验报告1.记录以下数据，并将实测数据及计算结果填入表内。实验段管径d 实验段管长l 85 2.根据实验数据，对在层流段的数据进行计算，用实验数据计算的沿程阻力系数与理论值进行比较。用紊流段的数据进行计算，在对数坐标纸上绘制=f (Re) 曲线。由于值较小，故在对数坐标纸上绘制时，纵坐标用100值，横坐标用Re值。写出曲线上直线段的数学表达式。3.回答思考题。六、思考题1.为什么压差计的水柱差就是沿

32、程水头损失？如果实验管道安装成倾斜，是否影响实验结果？2.为什么要排除实验段内和差压计内的空气？3.影响实验点数据的主要因素是什么如何提高测量精度？实验五 圆柱机翼等物体的绕流流动显示观察一、 实验目的观察流体绕不同物体流动时的各种流动现象，由绕流图象定性说明绕流特性。1.绕圆柱体的流动。2.绕机翼无分离和有分离的流动。3.观察流体流过文丘利管、孔板、突扩和突缩、闸板等流段纵剖面上的流线。二、实验原理 流动显示技术是流体力学实验中一门重要而且发展迅速的技术，它能把透明介质，比如空气水等介质的流动现象，由不能直接看见而显示成能够直观的图象，从而提供了分析探讨流动问题的丰富材料。流动显示技术对流体

33、力学的发展起着重要作用，掌握这类技术，对流体力学实验工作者甚为重要。本实验采用最先进的电化学法显示流线，用狭缝式流道组成过流面（图一）。流动过程采取封闭自循环形式。水泵开起，工作液体流动，在电极的作用下，工作液体形成电解并产生数十条色线，这些色线可看成是一条条流线。当物体被置于流场中时，其尾部的流线将产生扰动，这扰动所形成的色线图形即为该物体的绕流图象。三、实验步骤与说明打开电源开关和泵开关，稍等片刻，流线仪即可显示流线。本实验所用流线显示仪共有三种，分别用以演示机翼绕流，圆柱绕流和管渠过流。1.演示机翼绕流的流线分布。由图一可见，机翼向天侧（外包线曲率较大）流线较密，由连续方程和能量方程知，

34、流线密，表明流速大，压强低；而在机翼向地侧，流线较疏，压强较高。这表明整个机翼受到一个向上的合力，该力被称为升力。在机翼腰部开有沟通两侧的孔道，孔道中有染色电极。在机翼两侧压力差的作用下，必有分流经孔道从向地侧流至向天侧，这可通过孔道中染色电极释放的色素显现出来，染色液体流动的方向，即升力方向。此外，在流道出口端（上端）还可观察到流线汇集到一处，并无交叉，从而验证流线不会重合的特性。2.演示圆柱绕流。因为流速很低（约为0.51.0s），能量损失极小，可略。其流动可视为势流。因此所显示的流谱上下游几乎完全对称。这与圆柱绕流势流理论流谱基本一致；圆柱两侧转捩点趋于重合，零流线（沿圆柱表面的流线）在

35、前驻点分成左右2支，经90点（uumax）,而后在背滞点处又合二为一了。这是由于绕流液体是理想液体（势流必备条件之一），由伯努里方程知，圆柱绕流在前驻点（u0）势能最大，90点（uumax）,势能最小1，而到达后滞点（u0），动能又全转换为势能，势能又最大。故其流线又复原到驻点前的形状。3.演示文丘利管、孔板、渐缩和突然扩大、突然缩小、明渠闸板等流段纵剖面上的流谱。演示是在小Re数下进行，液体在流经这些管段时，有扩有缩。由于边界本身亦是一条流线，通过在边界上特布设的电极，该流线亦能得以演示。各种演示看完后，关闭流线演示仪泵开关和电源开关，并整理好实验现场。四、思考题1.驻滞点的流线为何可分又可

36、合，这与流线的性质是否矛盾？实验六 绕圆柱体压力分布的测定一、实验目的1.学习测量被绕流物体表面压力分布的方法。2.通过实验了解实际流体绕圆柱体流动时，其表面的压力分布情况。3.与理论压力分布相比较，了解实际流体绕物体流动时，物体所受形状阻力的来源。二、实验原理理想流体平行绕流圆柱体作无环量流动时，圆柱体表面的速度分布规律是： (1)而圆柱体表面上任一点的压力p，可由伯努里方程得出 (2)式中：无限远处流体的压力；无限远处流体的速度。工程上习惯用无因次的压力系数cp来表示流体作用在物体上任一点的压力，由（1）式和（2）式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数 （3）实际流体具有粘性，达到某一雷诺数后

37、，在圆柱体后面便产生涡流，形成尾流区，从而破坏了前后压力分布的对称，形成压差阻力。实际的压力系数可按（3）式由实测得到，其中动压 N/m2 （4）式中：h0来流总压p0的值，mmH2O； h来流静压p的值，mmH2O； 9.81由（mmH2O）换成（N/m2）应乘的系数。圆柱体表面任一点压力与来流压力之差 N/m2 （5）式中：h圆柱体表面任一点处压力p的值，mmH2O，这样压力系数 （6）因为流动是低速的，所以可认为流体是不可压缩的，即流体的密度为常数，实验是在风洞内做的，流动是均匀定常的。实验条件下的雷诺数为式中：D圆柱体的直径。三、实验设备本实验是由一风源和实验段构成。风源是一个箱式风洞

38、。风机、稳压箱、收缩口都在箱体内。入口处有一调节风门，用来调节风速的大小。风箱顶部的中央是箱式风洞的出口，从中流出的空气形成一股均匀流速的空气射流，实验段便放置在这出风口上，如图1所示。1箱式风洞；2实验段；3圆柱体；4测压孔；5倾斜式微压计；6皮托管；7调节风门图 1 实验设备图圆柱体安装在实验段中。在圆柱体的表面上有一个测压孔，压力则在与圆柱体相垂直的方向引出，圆柱体可以绕自身轴转动，压力引出口位置的角 由一个圆形刻度盘读取，每间隔 10测量圆柱体上一点的表面压力。在圆柱体的上游截面上架设一只皮托管，以测量来流的总压p0。 四、实验步骤1.了解实验风洞。2.安装皮托管。3.开启风洞，测量来

39、流的总压p0与静压p的差值(h0-h)，mmH2O。4.转动圆柱体，每间隔10测量一次圆柱体表面压力p与来流静压p的差值，mmH2O，共计19次。5.调整风洞的速度，重复3、4步骤，可以测得不同雷诺数下的另一组压力分布。本实验只能测试雷诺数Re5105的亚临界状态。6.停机。五、实验报告1.记录以下数据,计算亚临界情况下的u和Re,并用实测数据计算出的cp值数列入表1。室温ta 大气压力p mmHg圆柱体直径D m 空气运动粘度 m2/s实验段长L m 实验段高H m实验段宽b m亚临界:h0 mmH2O h mmH2O kg/m3 m/s2.根据实测数据画出如图2所示的曲线图,并对实验所得压

40、力分布曲线进行分析。3.回答思考题。 六、思考题1.将一只皮托管插在风洞的实验段中,如何知道皮托管的尖端对准了来流?可用什么方法检验?2.已知圆柱体表面的压力分布后,就可以用下列公式计算圆柱体单位长度受到的压差阻力(形状阻力)式中R为圆柱体的半径,但是上式积分很难得出,因为写不出p = f()的复杂函数关系如果采用累加求和的方法,上式可写成你认为这样可以吗?3.圆柱体在风洞实验段截面上的投影面积与风洞实验段横截面积之比称为阻塞比,试计算本实验的阻塞比。4.在测量h0,h和hi(i=019)时,采用什么措施能够尽可能地提高测量精度?表 10h-hcp0h-hcp01801019020200302

41、10402205023060240702508026090270100280110290120300130310140320150330160340170350*式中 实验七 稳态双平板法测定非金属材料的导热系数一、实验目的1.巩固导热理论知识，了解建立较严格的一维稳态导热的实际方法。2.用稳态双平板法测定非金属材料的导热系数，确立导热系数和温度之间的依变关系, 即=0(1 + bt)或= A +Bt。3.学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。二、实验原理双平板法是以无限大平板的导热规律为基础的。设有一块厚度为，导热系数为 = A + Bt的无限大平板，一侧以恒定流密度q（W/）加热，平板

42、两表面的温度分别保持恒等于t1和t2 。 如图1所示。根据付立叶定律，描写板内温度场的导热微分方程式为 (1) 相应的边界条件为： x = 0处,t = t1 x =处,t = t2 (2) 积分（1）式并代入（2）式的边界条件，则得 （3） 令 （4） 即在平均温度tm=(t1+t2)/2的条件下，板材的导热系数等于在t1和t2间材料的平均导热系数m。 图 1 平板导热原理图 (4)式则写为 (5)如果是为了确定板材的导热系数，则需在热稳定时，测出加热（或冷却）平板一侧的恒热流密度q（W/m2）和温度t1、t2，依据(5)式便可得板材的平均导热系数： (6)三、实验设备如图2所示，它包括NK

43、-100型双试件导热率测定装置、双路直流稳压电源、恒温水浴和测试系统。NK-100型双试件导热率测定装置为对称的双平板结构，它的中央为圆形主加热器，其周围为环形辅助加热器，它们均为薄片型加热器，由电阻带均匀绕成。二者共平面，其之间有一小的环形隔缝。在主、辅加热器上，各放置由导热系数较大的黄铜做的圆形均热板。主、辅均热板也是同厚度共平面，二者之间有1的环形隔缝。实验时将两块直径均等于环形辅助加热器均热板外径相等厚度的同种试件分别置于两侧的均热板上。并在每块试材的另一面各安置一个圆盘形冷却器，最后从两个方向用力将它们压紧以减少各交界面上的接触热阻。一台超级恒温水浴向两个冷却器并联供给恒温水。冷却器

44、内有盘香形小槽，恒温水沿槽盘旋流动，以便保持两块试材的冷却面具有相同的温度。双路直流稳压器分别对主、辅加热器单独供电。实验时，可以调节辅助加热器的功率，来匹配已设定好的主加热器的功率，使得在热稳定时，主、辅均热板间的隔缝在径向上无温差，这意味着它们之间无热量传递，主均热板表面是等温面，以一半主加热器功率对其试件的中央部分供应一维导热流。这样，达到了实验原理的要求。必须特别指出，试件的厚度不宜过大。否则，由于试件侧向散热及其径向温度梯度引起的径向导热，使得主均热板和冷却器间的试件内各等温面不再是互相平行的平面了，不能满足一维导热实验原理的要求。为了计算试件的导热系数，在主、辅均热板的表面和冷却器

45、的冷却表面共埋设8对镍铬镍硅热电偶，其布置如图2所示。通过多点切换开关由数字电压表测量各热电偶输出的热电势，查表以确定各点温度。四、实验步骤1.预习实验报告，弄懂实验原理，了解实验装置的结构和实验方法。2.将两面已磨平的试件按图示装入实验装置，并压紧。3.按图示接好直流稳压电源、电压表、电流表和数字电压表的连接导线；将超级恒温水浴的出水口用橡皮管并联接至两个冷却器，并将它们的回水用橡皮管引回恒温水浴；热电偶冷端置于冰瓶内，经指导教师检查认可。4.调节恒温水浴上的控制温度计，设定冷却水的温度，启动恒温水浴。5.接通直流稳压器，按预先拟定的方案，调节主、辅加热器的功率，直至达实验要求。6.热稳定后

46、，每隔10分钟采集一次数据，共采集三次。需采集的数据有各对热电偶输出的热电势、主加热器的电流和电压，将数据填入预先画好的记录表中，取三次的平均值作为计算值。7.需做导热方程时，可改变水温或主、辅加热器功率，重复5、6步骤，共做68次实验。将实验数据进行线性回归处理，即可整理出导热方程。8.测量数据经指导教师审核后，切断电源，结束实验，整理现场。五、基本参数及有关计算本实验所用试材为有机玻璃，质量M = 110.0g，厚度 = 12.00，直径D = 100.00，主均热板直径D1 = 49.00 ，辅助均热板内径D2 = 51.00，外径D = 100.00，如图3所示。建议取De = (D1+D2)/2作为计算试件一维导热面积的直径。为了避免主加热器的电源导线通过辅热加热器而受热，先将主加热器电阻带的两端穿过辅助加热器后再与电源线连接。这样，主加热器实际传给试件的热量要小于所测的主加热器输入电功率，根据主加热器电阻带中有多长未穿过辅助加热器，每台实验