汽輪機(jī)、鍋爐實驗指導(dǎo)書

1、實驗12 空氣在噴管中流動特性的測定一、實驗?zāi)康?、 驗證并進(jìn)一步加深對噴管中氣流基本規(guī)律的理解，牢固樹立臨界壓力、臨界流速和最大流量等噴管臨界參數(shù)的概念；2、 比較熟練地掌握用常規(guī)、計算機(jī)數(shù)據(jù)采集儀表測量壓力（負(fù)壓）、壓差及流量的方法。3、 重要概念1的理解：應(yīng)明確在漸縮噴管中，其出口處的壓力不可能低于臨界壓力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量。4、 重要概念2的理解：應(yīng)明確在縮放噴管中，其出口處的壓力可以低于臨界壓力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。5、 應(yīng)對噴管中氣流的實際復(fù)雜過程有所了解，能定性解釋激波產(chǎn)生的原因二、實驗原理1、噴管中氣流的基本規(guī)律（1）截面積不變，

2、改變進(jìn)出口的壓差力學(xué)條件 可見，當(dāng)氣體流經(jīng)噴管速度增加時，壓力必然下降；如壓力升高，則流速必降低。（2）固定壓差，改變進(jìn)出口截面面積幾何條件 當(dāng)（亞聲速流動）時，要想增加流速，噴管應(yīng)為漸縮型；當(dāng)（超聲速流動）時，要想增加流速，噴管應(yīng)為漸擴(kuò)型；對于氣流有亞聲速連續(xù)增加至超聲速時，噴管要做成漸縮漸擴(kuò)型（縮放噴管）2、氣體流動的臨界概念噴管氣流的特征是，三者之間互相制約。當(dāng)某一截面的流速達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲伲ㄒ喾Q臨界速度）時，該截面上的壓力稱為臨界壓力（）。臨界壓力與噴管初壓（）之比稱為臨界壓力比，有：經(jīng)推導(dǎo)可得： (3)對于空氣，當(dāng)漸縮噴管出口處氣流速度達(dá)到音速，或縮放噴管喉部氣流速度達(dá)到音速時，通過噴管

3、的氣體流量便達(dá)到了最大值（），或稱為臨界流量?？捎上率酱_定： (4)式中：最小截面積（對于漸縮噴管即為出口處的流道截面積；對于縮放噴管即為喉部處的流道截面積）。3、氣體在噴管中的流動 （1）漸縮噴管漸縮噴管因受幾何條件的限制，由式（2）可知：氣體流速只能等于或低于音速；出口截面的壓力只能高于或等于臨界壓力（）；通過噴管的流量只能等于或小于最大流量（）。根據(jù)不同的背壓（）， 漸縮噴管可分為三種工況： A亞臨界工況（），此時，B臨界工況（），此時，C超臨界工況（），此時，流量：（2）縮放噴管縮放管的喉部，因此氣流可以達(dá)到音速；漸擴(kuò)段（），出口截面的流速可超音速,但因喉部幾何尺寸的限制， 其流量的最

4、大值仍為最大流量?？s放噴管隨工作背壓不同，亦可分為三種情況：A背壓等于原出口截面設(shè)計壓力（）時，稱為設(shè)計工況。此時氣流在噴管中能完全膨脹，出口截面的壓力與背壓相等（），在噴管喉部，壓力達(dá)到臨界壓力，速度達(dá)到音速。在擴(kuò)大段轉(zhuǎn)入超音速流動，流量達(dá)到最大流量。B背壓低于原出口截面設(shè)計壓力（）時，氣流在噴管內(nèi)仍膨脹到設(shè)計壓力。當(dāng)氣流一離開出口截面便與周圍介質(zhì)匯合，其壓力立即降至實際背壓值，流量仍為最大流量。C背壓高于原出口截面設(shè)計壓力（）時，氣流在噴管內(nèi)膨脹過渡，其壓力低于背壓，以至于氣流在未達(dá)到出口截面處便被壓縮，導(dǎo)致壓力突然升躍（即產(chǎn)生激波），在出口截面處，其壓力達(dá)到背壓。激波產(chǎn)生的位置隨著背壓的

5、升高而向噴管入口方向移動，激波在未達(dá)到喉部之前，其喉部的壓力仍保持臨界壓力，流量仍為最大流量。當(dāng)背壓升高到某一值時，將脫離臨界狀態(tài)，其流量低于最大流量。圖1噴管實驗臺1.進(jìn)氣管 2. 空氣吸氣口 3. 孔板流量計 4. U形管壓差計 5. 噴管 6.三輪支架 7. 測壓探壓針 8.可移動真空表 9. 手輪螺桿機(jī)構(gòu) 10. 背壓真空表 11. 背壓用調(diào)節(jié)閥12. 真空罐13. 軟管接頭三、實驗裝置整個實驗裝置包括實驗臺、真空泵。實驗臺由進(jìn)氣管、孔板流量計、噴管、測壓探針真空表及其移動機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、真空罐等幾部分組成，見圖1。 進(jìn)氣管（1）為573.5無縫鋼管，內(nèi)徑50。.空氣吸氣口（2）進(jìn)入進(jìn)氣

6、管，流過孔板流量計（3）。孔板孔徑7，采用角接環(huán)室取壓。流量的大小可從U形管壓差計（4）讀出。噴管（5）用有機(jī)玻璃制成。配給漸縮噴管和縮放噴管各一只，見圖2、3。根據(jù)實驗的要求，可松開夾持法蘭上的固緊螺絲，向左推開進(jìn)氣管的三輪支架（6），更換所需的噴管。噴管各截面上的壓力是由插入噴管內(nèi)的測壓探壓針（7）（外徑1.2）連至“可移動真空表”（8）測得，它們的移動通過手輪螺桿機(jī)構(gòu)（9）實現(xiàn)。由于噴管是透明的，測壓探針上的測壓孔（0.5）在噴管內(nèi)的位置可從噴管外部看出，也可從裝在“可移動真空表”下方的針在“噴管軸向坐標(biāo)板”（在圖中未畫出）上所指的位置來確定。噴管的排氣管上還裝有“背壓真空表”背壓用調(diào)節(jié)

7、閥（11）調(diào)節(jié)。真空罐（12）直徑400，起穩(wěn)定壓的作用。罐的底部有排污口，供必要時排除積水和污物之用。為減小震動，真空罐與真空泵之間用軟管（13）連接。在實驗中必須測量四個變量，即測壓孔在噴管內(nèi)的不同截面位置x、氣流在該截面上的壓力p、背壓pb、流量m，這些量可分別用位移指針的位置、可移動真空表、背壓真空表以及U形管壓差計的讀數(shù)來顯示。本實驗臺配套的儀器設(shè)備選型如下：真空泵： 1401型 排氣量3200升/分四、實驗方法及步驟1. 裝好噴管。2. 對真空泵作開車前檢查（檢查傳動系統(tǒng)、油路、水路）。檢查無問題后打開背壓調(diào)節(jié)閥，用手轉(zhuǎn)動真空泵飛輪一周，去掉氣缸中過量的油，開啟電動機(jī)，當(dāng)達(dá)到正常轉(zhuǎn)

8、速后可開始實驗。3. 將測壓探針上的測壓孔移至噴管出口之外一段距離之后保持不動，此時p2 = pb，改變調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)背壓pb自p1開始逐漸降低，記錄在不同pb下的孔板壓差p值，以備計算流量及繪制qm-pb曲線，實驗時注意記下p開始達(dá)到最大值的pb，以求得pcr及pf值。4調(diào)節(jié)不同的pb，搖動手輪，使X自噴管進(jìn)口逐步移至出口外一段距離，記錄不同X值下的p值，以測定不同工況下的p-X曲線。5接通電測儀器，分別記錄qm-pb曲線和p-X曲線。6停車。五、實驗數(shù)據(jù)整理1. 數(shù)據(jù)記錄（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：設(shè)備名稱、型號、規(guī)格等。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?、室溫、實驗環(huán)境狀況。（3）根據(jù)實測內(nèi)容自

9、行設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格2. 數(shù)據(jù)整理(1) 因進(jìn)氣管中氣流速度很低，在最大流量時，其數(shù)量級是1m/s所以可以近似認(rèn)為初壓p0和初溫t0即是氣流的總壓和總溫。初溫t0等于大氣溫度ta，初壓p0略低于大氣壓pa，可按下式計算 式中 p U型壓差計讀數(shù)（mmH2O）(2) 本實驗裝置采用的是負(fù)壓系統(tǒng)，表上讀數(shù)均為真空，需要換算成絕對壓力值： (3) 噴管實際流量測定六、實驗報告要求1. 簡述實驗原理與過程。2. 各種數(shù)據(jù)的原理記錄。3. 實驗結(jié)果整理后的數(shù)據(jù)，包括最大流量qm,max、臨界壓力pcr，以及qm-pb曲線、p-X曲線，分析實驗值與計算值，分析測定曲線與函數(shù)記錄儀繪制曲線異同點(diǎn)及其產(chǎn)生原因。

10、注：表1、2中的曲線用方格紙繪制，記錄儀繪制曲線另附頁。10實驗13 飽和蒸汽P-T關(guān)系測定一、實驗?zāi)康?、通過觀察飽和蒸汽壓力和溫度變化的關(guān)系，加深對飽和狀態(tài)的理解，從而樹立液體溫度達(dá)到對應(yīng)于液面壓力的飽和溫度時，沸騰便會發(fā)生的基本概念。2、通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽PT關(guān)系圖表的編制方法。3、繪制pt關(guān)系曲線。4、整理經(jīng)驗公式二、實驗原理蒸汽是一種實際氣體，處于離液體不遠(yuǎn)的狀態(tài)。在一定的空間內(nèi)，對應(yīng)于某一定的飽和溫度必有一定的飽和壓力，兩者互為依變數(shù)，即。兩者平衡時的蒸汽稱為飽和蒸汽，這時的液體稱為飽和液體。對于不同的工質(zhì)具有不同的關(guān)系，飽和蒸汽壓力和飽和溫度的關(guān)系可以通過實驗測定

11、。本實驗根據(jù)這一原理來測定水蒸汽壓力和溫度的關(guān)系。三、實驗裝置1、壓力表（0.101.5Ma） 2、排氣閥 3、緩沖器 4、可視玻璃及蒸汽發(fā)生器 5、電源開關(guān) 6、電功率調(diào)節(jié) 7、溫度計（100250） 8、可控數(shù)顯溫度儀 9、電流表四、實驗方法及步驟1、熟悉實驗裝置及使用儀表的工作原理和性能。2、將電功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)至電流表零位，然后接通電源。3、調(diào)節(jié)電功率調(diào)節(jié)器，并緩慢逐漸加大電流，待蒸汽壓力升至一定值時，將電流降低0.2安培左右保溫，待工況穩(wěn)定后迅速記錄下水蒸氣的壓力和溫度。重復(fù)上述實驗，在01.0MPa（表壓）范圍內(nèi)實驗不少于6次，且實驗點(diǎn)應(yīng)盡量分布均勻。4實驗完畢后，將調(diào)壓指針旋回零位

12、，并斷開電源。5、記錄室溫和大氣壓力。五、實驗數(shù)據(jù)整理1、記錄和計算：實驗次數(shù)飽和壓力MPa飽和溫度誤差備注壓力表讀值 P大氣壓力 B絕對壓力 P=P+B溫度計讀值 t 理論值t %1234562、繪制Pt關(guān)系曲線：3、總結(jié)經(jīng)驗公式：將實驗曲線繪制在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，整理出飽和水蒸氣壓力和溫度的關(guān)系的近似經(jīng)驗公式。4、誤差分析：通過比較發(fā)現(xiàn)測量比標(biāo)準(zhǔn)值低1%左右，引起誤差的原因可能有以下幾個方面：（1）讀數(shù)誤差。（2）測量儀表精度引起的誤差。（3）利用測量管測溫所引起的誤差。六、實驗報告要求1. 簡述實驗原理與過程。2. 各種數(shù)據(jù)的原理記錄。3. 實驗結(jié)果整理后的數(shù)據(jù)， Pt關(guān)系曲線、經(jīng)驗公式。

13、實驗14 液體管內(nèi)流動的對流傳熱系數(shù)測定一、實驗?zāi)康?.了解熱交換器傳熱系數(shù)測定的實驗方法，加深對傳熱過程的理解；2.測定給定液液熱交換器傳熱系數(shù)。二、實驗原理在換熱器中需要交換熱量的冷熱流體分別在固體壁面的兩側(cè)流動。熱量從壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體的過程稱為傳熱過程。傳熱過程中傳遞的熱量正比于冷熱流體間的溫差及傳熱面積，即 (1)式中：冷熱流體間單位時間交換的熱量，；換熱器的傳熱系數(shù)，；換熱器總傳熱面積，；進(jìn)行換熱的兩流體之間的平均溫差，。 冷熱流體間的平均溫差通常采用對數(shù)平均溫差。對于工業(yè)上常用的順流和逆流換熱器對數(shù)平均溫差由下式計算 (2)式中：換熱器兩端冷、熱流體間較大的溫差

14、；換熱器兩端冷、熱流體間較小的溫差。 換熱器兩端冷、熱流體間的溫差及每一種流體中的溫度分布如圖1、圖2所示。當(dāng)/小于或等于1.7時，對數(shù)平均溫差可簡單的采用算術(shù)平均溫差來代替，即 (3) 除了順流和逆流按對數(shù)平均溫差公式計算平均溫差外，其他流動方式的對數(shù)平均溫差，都可以由假想的逆流工況對數(shù)平均溫差乘上一個修正系數(shù)得到。修正系數(shù)的值可以由各種熱交換器設(shè)計手冊查得。 換熱器實驗的主要任務(wù)是測定傳熱系數(shù)K。實驗室，由恒溫?zé)崴渲谐鰜淼臒崴?jīng)水泵和轉(zhuǎn)子流量計后進(jìn)入實驗換熱器內(nèi)管。在熱水進(jìn)出換熱器處分別用熱電阻測量水溫，從換熱器內(nèi)管出來的已被冷卻的熱水仍然回到熱水箱中，經(jīng)再加熱供循環(huán)使用。冷卻水由冷水箱

15、經(jīng)水泵和轉(zhuǎn)子流量計后進(jìn)入實驗換熱器套管。在套管中被加熱后的冷卻水排向外界，一般不再循環(huán)使用。套管外包有保溫層，以盡量減少向外界的散熱損失。冷卻水進(jìn)出口溫度用熱電阻測量，通常希望冷熱測熱平衡誤差小于3。 實驗中待各項溫度達(dá)到穩(wěn)定工況時，測出冷、熱流體進(jìn)出口的溫度和冷、熱流體的流量就可以用下式計算通過換熱面的總傳熱量。 (4)式中：qm1、qm2冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s cp1、cp1冷、熱流體的比熱，kJ/(kg) 由算得得傳熱量和對數(shù)平均溫差及已知的換熱面積，便可由公式（1）計算出傳熱系數(shù)K。三、實驗裝置實驗臺系統(tǒng)由控制面板、順逆流轉(zhuǎn)向閥、熱水箱、熱水泵、冷水熱水流量計以及控溫測溫電路、套

16、管換熱器、列管換熱器、螺旋板式換熱器等組成。四、實驗方法及步驟1先將熱水箱加滿水，再在冷水入口接通自來水，冷水出口連通下水道，并調(diào)整好冷水流量，按順流方式扳動順逆流閥門手柄。2打開電源開關(guān)與手動加熱開關(guān)，調(diào)整溫度控制儀器時熱水箱加熱溫度控制在60左右，打開水泵開關(guān)，并調(diào)整熱水流量。當(dāng)自動加熱第一次動作后，切斷手動加熱電源開關(guān)，整個加熱系統(tǒng)全部靠自動控溫。待冷熱流體進(jìn)出口溫度穩(wěn)定后，既可讀取溫度與流量數(shù)值，并做好記錄。3切換成逆流流動方式，等顯示溫度穩(wěn)定后，讀取溫度與流量數(shù)值，并做好記錄。4實驗結(jié)束，切斷電源，放掉積水。五、實驗數(shù)據(jù)整理根據(jù)實驗結(jié)果，分析兩種流動方式的傳熱情況，就對數(shù)平均溫差、傳熱系數(shù)、熱效率進(jìn)行對比，最后對本次實驗結(jié)果予以分析。1. 換熱器順流實驗測量與計算熱流體：轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)：V1 L/h序號進(jìn)口溫度()出口溫度()質(zhì)量流量qm1 (