热能与动力工程实验指导书.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除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、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，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=2,3,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 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 = (3)另由能量方程对水平等直径园管可得 hf(p1p2)g (4)压差可用压差计或电测仪测得。对于水管式水银压差计如图二, 据静水力学基本方程及等压面原理有下列关系: (5)式中, gm、gw 分别为水银和水的容重; Dhm为汞柱总差。(水银压差计现已淘汰)由上述 (3)、(4)、(5) 可求得管流在紊流及层流不同流量状态下的水头损失系数 l 值。3. 实验内容测定不锈钢管的当量粗糙度 ks。经实验测得水头损失系数 l 值及其相应雷诺数Re, 然后根据公式求解, 也可直接由 lRe关系在莫迪图上查得 ks / d; 进而得出当量粗糙度 ks 值。4. 实验结果分析(1) 管道的当量粗糙度如何测得?(2) 讨论分析实验结果与莫迪图可能不相吻合的原因。(3)为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失?实验管道安装成向下倾斜, 是否影响实验成果?1.4实验4 边界层演示实验一、实验目的 通过观察流体流经经固体壁面所产生的边界层及层分离的现象，加强对边界层的感性认识。 二、利用折光法观察热边界层的原理边界层仪由点光源、热模型和屏组成（见图1）。模型被加热后就有自下而上的空气对流运动，模型壁面上存在着导流边界层，因为层流边界层几乎不流动，传热情况很差，层内温度远高于周围空气的温度而接近模型面温度，用热电偶测出模型壁面温度有350。气体对光的折射率有下列关系: 式中：n气体折射率 气体密度 图1 ZRB1型边界层仪 图2 光线拆射图由于边界层内气体的密度与边界层外的气体密度不同,则折射率也不同,利用折射率的差异可以观察边界层。点光灯泡的光线从离模型几米远的地方射向模型，它以很小的入射角射入边界层（图2）。如果光线不偏折，它应投到b点，但现在由于高温空气折射率不同，光产生偏折，出射角r大于入射角。射出光线在离开边界层时再产生一些偏折后投射光到a点，在a点上原来已经有背景的投射光，加上偏折的折射光后就显得特别明亮，无数亮点组成图形，就反映了边界层的形状。此外，原投射位置(b点)因为得不到折射光线，所以显得较暗，形成暗区，这个暗区也是边界折射现象引起的，因此也代表边界层的形状。从边界层仪可以清楚地表现出流体流经圆柱体的层流边界层形象(如图3)，圆柱底部由于气流动压的影响，边界层最薄。愈往上部，边界层愈厚，最后产生边界层分离，形成旋涡。仪器还可表演边界层的厚度随流体速度的增加而减薄的现象；我们对模型吹气，就会看到迎风一侧边界层影像的外沿退到模型壁上，表示边界层厚度减薄(图2-39)。 图3 层流边界层形象 图4 迎风一侧边界层减2.工程热力学2.1实验一 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。二、实验内容1、测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20）、临界温度（t=31.1）和高于临界温度（t=50）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。2、测定CO2在低于临界温度（t=20、27）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts-ps曲线比较。3、观测临界状态（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。（2）气液整体相变现象。（3）测定CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。三、实验设备及原理整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。 图一 试验台系统图 图二 试验台本体试验台本体如图二所示。其中1高压容器；2玻璃杯；3压力机；4水银；5密封填料；6填料压盖；7恒温水套；8承压玻璃杯；9CO2空间；10温度计。、对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有： F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1）本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。实验中，由压力台送来的压力由压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容器通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出（如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件来换算得出。四、实验步骤1、按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯。2、恒温器准备及温度调节：（1）、入恒温器内，注至离盖3050mm。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。（2）、使用电接点温度计时，旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与锁要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。使用电子控温装置时，按面板温度调节装置调整温度点。（3）、视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需要恒温。（4）、观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所标定的温度。（5）、当所需要改变实验温度时，重复（2）（4）即可。3、加压前的准备：因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能使压力表显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真掌握，其步骤如下：（1）关闭压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。（2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。（3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。（4）摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。（5）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。4、作好实验的原始记录：（1）设备数据记录：仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度。（2）常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。（3）测定承压玻璃管内CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容V与其高度是一种线性关系。具体方法如下：a）已知CO2液体在20，9.8MPa时的比容V（20，9.8Mpa）=0.00117M3。b）实际测定实验台在20，9.8Mpa时的CO2液柱高度h0（m）。（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）c）V（20，9.8Mpa）= 其中：K即为玻璃管内CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比容为： （m3/kg） 式中，h=h-h0 h任意温度、压力下水银柱高度。 H0承压玻璃管内径顶端刻度。5、测定低于临界温度t=20时的定温线。（1）将恒温器调定在t=20，并保持恒温。（2）压力从4.41Mpa开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。（3）按照适当的压力间隔取h值，直至压力p=9.8MPa。（4）注意加压后CO2的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表1。（5）测定t=25、27时其饱和温度和饱和压力的对应关系。6、测定临界参数，并观察临界现象。（1）按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力pc和临界比容vc，并将数据填入表1。（2）观察临界现象。a）整体相变现象由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。b）汽、液两相模糊不清的现象处于临界点的CO2具有共同参数（p,v,t），因而不能区别此时CO2是气态还是液态。如果说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；如果说它是液体，那么，这个液体又是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时处于临界温度下，如果按等温线过程进行，使CO2压缩或膨胀，那么，管内是什么也看不到的。现在，我们按绝热过程来进行。首先在压力等于7.64Mpa附近，突然降压CO2状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内CO2出现明显的液面。这就是说，如果这时管内的CO2是气体的话，那么，这种气体离液区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，突然压缩CO2时，这个液面又立即消失了。这就告诉我们，这时CO2液体离气区也是非常接近的，可以说是接近气态的液体。既然，此时的CO2既接近气态，又接近液态，所以能处于临界点附近。可以这样说：临界状态究竟如何，就是饱和汽、液分不清。这就是临界点附近，饱和汽、液模糊不清的现象。7、测定高于临界温度t=50时的定温线。将数据填入原始记录表1。五、实验结果处理和分析1、按表1的数据，如图三在p-v坐标系中画出三条等温线。2、将实验测得得等温线与图三所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及原因。3、将实验测得的饱和温度与压力的对应值与图四给出的ts-ps曲线相比较。CO2等温实验原始记录 表1t=20t=31.1（临界）t=50p(Mpa)hv=h/K现象p(Mpa)hv=h/K现象p(Mpa)hv=h/K现象进行等温线实验所需时间 分钟分钟分钟 图三 标准曲线4、将实验测定的临界比容Vc与理论计算值一并填入表2，并分析它们之间的差异及其原因。临界比容Vcm3/Kg 表2标准值实验值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.002162.2实验二 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（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。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构思。2. 熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。3. 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、实验装置和原理装置由风机、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）。图一 实验装置比热仪主体如图二所示。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，tw）；气体经比热仪主体的进出口温度（t1，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（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300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，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（t0）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： 图二 比热仪主体式中：W为电热器输入电功率（瓦）； t为进出口温度差（）； 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（,秒）；比热仪进口温度即流量计的出口温度（t1,）和出口温度（t2）；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，毫米汞柱）；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,从湿空气的干湿图查出含湿量(d,克/公斤干空气)，并根据下式计算出水蒸气的容积成分： 6. 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7. 干空气流量（质理流量）为： 公斤/秒8. 水蒸气流量为： 公斤/秒9. 水蒸气吸收的热量： 千卡/秒10. 干空气的定压比热为： 千卡/（公斤）11. 计算举例某一稳定工况的实测参数如下： t0=8； tw=7.5； B=748.0毫米汞贡柱 t1=8； t2=240.3； =69.96 秒/10升； h=16 毫米汞柱; W=41.84千瓦查干湿图得 d=6.3克/公斤干空气（=94%）千卡/秒 公斤/秒 公斤/秒千卡/秒 千卡/（公斤）12. 比热随温度的变化关系假定在0300之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由t1到t2的平均比热为： 因此，若以 为横坐标， 为纵坐标（如图三），则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。 图 三四、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）。3.传 热 学 实 验3.1实验一 热管换热器实验一、实验目的1、熟悉热管热器器的工作原理；2、掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计算方法二、实验台的结构及其工作原理热管换热器实验台的结构如下图所示。实验台由热管换热器（整体轧制翅片管，工质为丙酮）、热段风道、冷段风道、冷段和热段风机、电加热器（1-500W，II-1000W）、工况选择开关（I和II）、温度测量及显示系统、热球风速仪（独立仪表，图中未绘出）和支架等组成。 热管换热器实验台结构简图1冷段风机；2工况选择开关；3温度显示仪表；4温度测量选择开关5冷段出风口；6热段出风口；7测温元件；8支架；9热管换热器10电加热器；11热段风机热段中的电加热器使空气加热，热风经热管换热器时，加热并启动热管，通过翅片热管进行热量传热，从而使冷段风道的空气温度升高，利用风道中的测温元件对冷、热段的进出口空气温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算出换热器的换热量Q和传热系数K三、实验台参数1、冷段出风口面积2、热段出风口面积3、冷段传热表面积4、热段传热表面积四、实验步骤1、将工况开关按在“0”位置。2、接通电源（插上电源插头）3、将工况开关按在工况“1”位置，此时电加热器和风机开始工作4、用热球风速仪先后在热段和冷段出风口处测量风速并同时记录被测空气温度（测量方法参考步骤5）。由于热球风速仪仪器性能规定，为使测量工作在风道空气温度不超过40的情况下进行，必须在开机后立即测量，且首先测量热段。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书。5、待工况稳定后（约10分钟），利用琴键开关切换测温点，逐点测量冷、热段进出口空气温度 （参见实验台结构图）。6、将工况选择开关按回“0”位置，使系统冷却（约10分钟）。7、将“工况茁壮成长”按在工况“II”位置，重复上述45步骤，测量工况II的风速及冷、热段进出口空气温度。8、实验结束后，先将工况开关按在“I”位置，使电加热器稍冷却后（约2分钟），再将工况开关按在“0”位置，停止加热器和风机工作。9切断电源【注意事项】*本装置额定连续使用为1小时，故不可将其作为采暖装置连续使用。五、实验数据处理将实验中测得的数据填入下表中。工况序号风速m/s 风温冷、热段进出口空气温度备注VtVR I123平均II123平均【附】将实验所用仪器名称、规格、编号及实验日期等填入上表格备注栏中计算换热量、热平衡误差及传热系数：1、 工况I冷段换热量热段换热量平均换热量热平衡误差传热系数式中： ，冷、热段出口平均风速m/s,冷、热段出口断面积，冷、热段出口空气温度（参见图示） L，R冷、热段出口空气密度冷段热表面积 t传热温度 2、工况II计算方法同上将上面数据整理后所求得的两种工况的实验结果填入下表，并进行比较分析工况冷段换热量QLW热段换热量QRW热平衡误差 传热系数KW/ III3.2实验二 水水换热器传热系数测定水水换热器总传系数测定装置由列管换热器、热水循环和测量系统以及冷水控制和测量系统等组成（结构示意图见附图1） 图1 装置简图试验系统整体组装，底部装有轮子，移动方便，用户接电源和上、下水即可工作。一、基本参数1、 换热形式：热水冷水换热2、 换热面积（F）（2）列管换热器 1.05 （3）套管换热器 0.45 3、电加热器总功率（名义），7.5KW二、使用方法I设备安装1、 接电源（380V、四线、50HZ）及上、下水（均可用胶管连接）2、 安装温度计，其安装方法见图23、 讲循环水箱充满水（循环水箱与溢流水箱之间的间隔板比箱体低50mm，水箱满后可溢流）II 工况调节1、 打开电源开关，开启循环水泵，观察水循环正常后全开电加热器，待热水温度达到试验温度时（一般为6080）。找开冷水开关，并使冷水经换热器换热后由溢流水箱流出。2、 视所需试验工况，并考虑电加热器加热能力，适当调节热水、冷水流量和电加热器功率，待工况稳定后即可进行试验。III 试验方法1、 热水、冷水进出口温度和精度不低于1/5水银温度计测量。2、 热水、冷水流量用计量筒配秒表（用户自备）测量。3、 热水、冷水在换热器内流通阻力单管水银压差计测量（读值时要考虑接管高度的水头影响）。4、 为提高试验的准确性，可每隔510分钟读取一次数据，取四次数据的平均值作为测定结果。5、 试验结束后首先关闭电热器，五分钟后关闭循环水泵及冷水开关，最后切断电源。IV 数据整理热水测放热量冷水侧吸热量平均换热量热平衡误差传热系数三、注意事项冬季设备存放地点如结冰，需将水箱及压差计中的水全部放净，以免设备冻坏。3.3实验三 换热器综合实验一、 实验目的：1. 学习总传热系数及对流传热系数的计算及测定方法2. 熟悉对流换热系数的准则关联式；3. 熟悉换热器性能的测试方法；4. 了解各种换热器的结构特点及其性能的差别；5. 加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识；二 实验装置：换热器性能测试试验主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热一套管式换热器螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。其中，对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。实验装置如图1： 图1实验装置简图 1.热水流量调节阀 2. 热水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 3.冷水流量计 4.换热器进口压力表 5.数显温度计 6.琴键转换开关 7.电压表 8.电流表 9.开关组 10.冷水出口压力计 11. 冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 12逆顺流转换阀门组 13.冷水流量调节阀换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；如工作原理图2所示。换热形式为热水冷水换热式。 1.冷水泵 2.冷水箱 3.冷水浮子流量计 4.冷水顺逆流换向阀门组 5.列管式换热器 6.电加热水箱 7.热水浮子流量计 8.回水箱 9. 热水泵 10. 螺旋板式换热器 11. 套管式换热器图2 换热器综合实验台原理图本实验台的热水加热采用电加热方式，冷热流体的进出口温度采用数显温度计，可以通过琴键开关来切换测点。实验台参数：1、换热器换热面积F（1）套管式换热器具 0.45m2（2）螺旋板式换热器 0.65 m2（3）列管式换热器 1.05 m22、电加热器总功率:（名义） 9.0KW3、冷、热水泵：允许工作温度：80。额定流量：3m3/h。扬程：12m。电机电压：220V。电机功率：370W。4、转子流量计型号：LZB-15 40-400升/小时；允许温度范围：0-120三 实验操作：1、实验前准备：（1） 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能；（2） 打开所要实验的换热器阀门，关闭其它阀门；（3） 按顺流（或逆流）方式调整冷水换向阀门的开或关；（4） 冷-热水箱充水，禁止水泵无水运行：（热水泵启动，加热才能供电）。2、实验操作：（1） 接通电源；启动热水泵（为了提高热水温升速度，可先不启动冷水泵），并调整好合适的流量；（2） 调整温控仪，使其能使加热水温控制在80以下的某一指定温度（温控只控制在热水进琴键开关上）；（3） 将加热器开关分别打开（热水泵启动，加热才能供电）；（4） 利用温度测点选择琴键开关按钮和数显温度计，观测和检查换热器冷-热流体的进出口温度，待冷-热流体的温度基本稳定后，既可测读出相应测温点的温度数值，同时测读转子流量计冷-热流体的流量读数；把这些测试结果记录实验数据记录表中；（5） 如需要改变流动方向（顺-逆流）的试验，或需要绘制换热器传热性能曲线而要求改变工况如改变冷水（热水）流速（或流量）进行试验，或需要重复进行试验时，都要重新安排试验，试验方法与上述实验基本相同，并记录下这些试验的测试数据。（6） 实验结束后，首先关闭电加热器开关，5分钟后切断全部电源。实验数据记录表 换热器名称： 环境温度t0= 顺 逆 流热 流 体冷 流 体进口温度T1出口温度T2流量计读数V1（l/h）进口温度t1出口温度t2流量计读数V2（l/h）顺流逆流四 实验数据处理：1、数据计算热流体放热量：Q1=Cp1m1（T1-T2） WCp1 Kg/s冷流体吸热量：Q2=Cp2m2（t1-t2） WCp2 Kg/s平均换热量： Q =(Q1+Q2)/2 W热平衡误差：=(Q1-Q2) / Q 100%对数传热温差：1=(T2-T1)/ln(T2/T1)=(T1-T2)/ln(T1/T2) 传热系数：K=Q/F1 W/m2 式中：Cp1，Cp2 热，冷流体的定压比热 J/Kgm1，m2热，冷流体的质量流量热 Kg/sT1(通道1)，T2(通道2)热流体的进出口温度 t 1 (通道3)，t2(通道4)冷流体的进出口温度 T1= T1-t2 T2= T2-t1 F换热器的换热面积 m2 注热、冷流体的质量流量m1，m2是根据修正后的流量计体积流量读数V1 V2再换算成的质量流量值。2、绘制传性能曲线，并作比较：（1） 以传热系数为纵座标，冷水（热水）流速（或流量）为横座标绘制传热性能曲线；（2） 对三种不同型式的性能进行比较。注意事项1 热流体在热水箱中加热温度不得超过80；2 实验台使用前应加接地线，以保安全。3.长期不用请把系统中的水全部放掉。3.4实验四 固体表面黑度的测定一、实验目的1、巩固辐射换热的理论2、学习一种测定固体表面黑度的方法二、实验原理按传热原理,两物体在密闭系统中表面的辐射换热量为： 1式中: ，分别是物体1的外表面积，绝对温度及黑度；，分别是物体2的内表面积，绝对温度及黑度；黑体辐射系数；如果，即，则上式可简化为： 图：密闭空间内两物体间的辐射换热 （2） （3）测出， 及 便可用（3）式求出物体1的表面黑度。 三、实验设备一个直径90毫米,表面有氧化层的黄铜空心球(即待测定黑度的试件)，吊在一个直径=500毫米，高500毫米的钢质圆罐内(即密封空腔)。由于，(钢圆罐的表面是未经磨光的钢板面,其黑度较大)，因而满足按(3)式求解,所需的条件。黄铜球内装有电热器,电热器发出的热经由球的表面辐射到圆罐内表面，再经圆罐外壁散失到大气中去。为使电热器发出的热全部辐射到圆罐上去，圆罐内要保持高度真空。本实验中，圆罐与真空泵连接，当罐内真空度达到730毫米水银柱以上时，钢球表面对罐内空气的对流换热量很小，可以忽略不计。这时电热器产生的热，即为钢球与钢罐辐射换热的热量，测量电热器的电功率，可以计算出这个热量，电热器与电源间装有自耦变压器，用来调节电热器的发热量。在钢球的表面上，装有2对热电偶，测量球面的平均温度。圆罐的外表装有89对热电偶，测得其表面的平均温度。四、实验步骤1、检查实验设备的电路，气路和各种测量仪表的连接是否正确，了解各种