熱工實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)講稿

1、熱工實(shí)驗(yàn)的熱工實(shí)驗(yàn)的原理和技術(shù)原理和技術(shù)課程按排 1-6周課堂講授12學(xué)時(shí) 7-15周實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn) 16周考試 每個(gè)人做6次實(shí)驗(yàn)，共完成11個(gè)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，8個(gè)人一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：每人最少4份，兩人合寫一份 成績(jī)組成：平時(shí)30%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告20%、考試50%實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 空氣定壓比熱容測(cè)定、空氣絕熱指數(shù)測(cè)定 氣體在噴管中流動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究 穩(wěn)態(tài)、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù) 繞圓柱體壓力分布測(cè)定及外掠圓柱體強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)研究 黑度及角系數(shù)測(cè)定 沿程阻力測(cè)定及流動(dòng)觀察 熱工實(shí)驗(yàn)的作用 熱工實(shí)驗(yàn)主要包括熱工基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，即主要包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)。 熱工理論的研究方法主要

2、有三種：理論分析法、實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值計(jì)算法。而在此三種方法中，實(shí)驗(yàn)法是一種較為有用并有效的方法，而且是解決各種復(fù)雜熱工問題的基本方法。熱工實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)測(cè)定物質(zhì)的各種熱物性參數(shù)；確定過程中各物體所處的熱狀態(tài)；測(cè)定不同過程中熱量傳遞的規(guī)律。為實(shí)現(xiàn)這三項(xiàng)任務(wù)，必須學(xué)會(huì)各主要物理量的正確測(cè)量技術(shù)；各種模擬熱工過程的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；掌握熱工實(shí)驗(yàn)的基本理論和技能。熱工實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容 測(cè)量和儀表的基本知識(shí)； 相似理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?測(cè)量誤差和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理； 熱工過程中各種基本參數(shù)的測(cè)量； 熱物性測(cè)量方法； 流動(dòng)和傳熱過程中最基本的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和方法。測(cè)量和儀表的基本知識(shí) 測(cè)量的概述 測(cè)量?jī)x表 測(cè)量?jī)x表的分類和特性測(cè)量

3、概述測(cè)量的定義：用實(shí)驗(yàn)的方法，將被測(cè)量的量：用實(shí)驗(yàn)的方法，將被測(cè)量的量與選作單位的同類量進(jìn)行比較，從而確定被與選作單位的同類量進(jìn)行比較，從而確定被測(cè)量量的值的過程。測(cè)量量的值的過程。測(cè)量的分類：直接測(cè)量和間接測(cè)量1. 直接測(cè)量：利用標(biāo)準(zhǔn)尺度與被測(cè)量量直接進(jìn)行比較而獲得結(jié)果的方法；2. 間接測(cè)量：凡是不能被直接測(cè)量，而是通過測(cè)量其他相關(guān)物理量，按一定的函數(shù)關(guān)系得到被測(cè)量量的方法，均稱為間接測(cè)量。直接測(cè)量的方法直讀法：由度量標(biāo)準(zhǔn)直接比較或由儀表直接讀出；差值法：用儀表測(cè)出二量之差即為所要求之量；代替法：用已知量代替被測(cè)量，而兩者對(duì)儀表的影響相同，則被測(cè)量量就等于已知量的方法；零值法：被測(cè)量對(duì)儀表的

4、影響被同類的已知量的影響抵消，使總的效應(yīng)為零，則被測(cè)量等于已知量。測(cè)量?jī)x表的分類 范型儀表（標(biāo)準(zhǔn)儀表）范型儀表（標(biāo)準(zhǔn)儀表） 用來復(fù)制或保持測(cè)量單位，或者用來對(duì)各種測(cè)量?jī)x表進(jìn)行校核和刻度工作的儀表。 實(shí)用儀表實(shí)用儀表 實(shí)驗(yàn)中用來測(cè)量數(shù)據(jù)的儀表。 實(shí)驗(yàn)中主要使用實(shí)用儀表。儀表的一般構(gòu)成 感受件感受件：直接與被測(cè)對(duì)象聯(lián)系，感受被測(cè)參數(shù)的變化，并將其轉(zhuǎn)換成一種信號(hào)輸出。 顯示件顯示件：儀表通過它向觀察者反映被測(cè)參數(shù)的變化。根據(jù)顯示件的不同，儀表可以分為直讀式和記錄式兩種。 中間件中間件：中間件的作用是將感受到的輸出信號(hào)傳輸給顯示件。在傳輸過程中，信號(hào)可以放大、轉(zhuǎn)換。測(cè)量?jī)x表的特性 靈敏度 分辨率（或靈

5、敏度限） 準(zhǔn)確度 復(fù)現(xiàn)性 動(dòng)態(tài)特性相似理論的核心內(nèi)容相似理論的核心內(nèi)容相似第一定理：彼此相似的現(xiàn)象，它們的同名準(zhǔn)則數(shù)必定相等；2. 相似第二定理：任何微分方程式所描述的物理現(xiàn)象都可以用從該微分方程式導(dǎo)出的相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系式來表示；3. 相似第三定理：凡是單值性條件相似，同名定型準(zhǔn)則相等的那些物理現(xiàn)行必定是相似現(xiàn)象。相似理論在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)必須在相似的條件下進(jìn)行； 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該測(cè)量包含在形似準(zhǔn)則中的所有物理量； 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該整理成形似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系； 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推廣到形似現(xiàn)象中去。測(cè)量誤差測(cè)量誤差的表示絕對(duì)誤差相對(duì)誤差誤差的性質(zhì)和分類疏忽誤差（過失誤差）系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差的性質(zhì)一次測(cè)

6、量無規(guī)律，但多次測(cè)量符合正態(tài)分布；真值的獲得：最小二乘法1.等精度測(cè)量取算術(shù)平均值隨機(jī)誤差的表示 標(biāo)準(zhǔn)誤差 平均誤差 或然誤差 極限誤差或最大誤差 算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差測(cè)量結(jié)果的表示置信概率skMMt間接測(cè)量中的誤差 根據(jù)直接測(cè)量值的精度來估計(jì)間接測(cè)量值的誤差； 如果對(duì)間接測(cè)量值的精度有一定的要求，可以確定各直接測(cè)量值的誤差大小和實(shí)驗(yàn)方案； 尋求測(cè)量的最有利條件，也就是使函數(shù)誤差達(dá)到最小值的極限條件。誤差遞推公式nMMMfY ,21nnMMMMMMfYY ,2211nnMMfMMfMMfY 2211YMMfYMMfYMMfYYnn 2211實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 有效數(shù)字的概念 有效數(shù)字的計(jì)算法則： 等

7、精度測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的概念 只有最后一位不確定的估計(jì)數(shù)字而其余的數(shù)字都是準(zhǔn)確數(shù)字的全部數(shù)字成為有效數(shù)字。有效數(shù)字計(jì)算法則1.記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為有效數(shù)字；2.有效數(shù)字位數(shù)確定后，多余的有效數(shù)字一律舍去并進(jìn)行湊正；3.加減運(yùn)算法則；4.乘除運(yùn)算法則；5.乘方及開方運(yùn)算法則；6.對(duì)數(shù)運(yùn)算法則；7.計(jì)算平均值時(shí)，若為四個(gè)數(shù)據(jù)或四個(gè)以上的數(shù)據(jù)相平均時(shí)，則平均值的有效數(shù)字可以增加一位。等精度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按先后次序列表； 求算術(shù)平均值； 求參差及參差的平方 求標(biāo)準(zhǔn)差； 剔除“壞值”； 求算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；實(shí)驗(yàn)曲線的繪制和擬合 繪制實(shí)驗(yàn)曲線應(yīng)注意：1.實(shí)驗(yàn)曲線必須盡可能多的通過實(shí)驗(yàn)點(diǎn)

8、，留在曲線外的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近曲線，并且曲線兩側(cè)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)大致相等；2.曲線應(yīng)光滑；3.圖上應(yīng)當(dāng)標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。 寫出測(cè)量結(jié)果的最后表達(dá)式。實(shí)驗(yàn)曲線的擬合方法 分組平均法； 參差圖法擬合直線； 最小二乘法、溫度和溫度場(chǎng)的測(cè)量 測(cè)量溫度的原理 測(cè)量溫度的儀表 測(cè)量溫度的方法 測(cè)量溫度中的誤差測(cè)量溫度的原理 熱力學(xué)第零定律（或熱平衡原理）測(cè)量溫度的儀表 棒式溫度計(jì)1.玻璃管式溫度計(jì)2.雙金屬溫度計(jì) 壓力表式溫度計(jì) 電阻溫度計(jì) 熱電偶溫度計(jì) 光纖溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì) 原理：當(dāng)兩種金屬絲組成閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)維持不同的溫度，則在回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，而該熱電勢(shì)的大小與兩結(jié)點(diǎn)的溫度差有關(guān)。

9、 熱電偶材料應(yīng)具備的性質(zhì)1.熱電勢(shì)的大小只與溫度有關(guān)，且最好為線性關(guān)系；2.其他金屬材料介入時(shí)，若結(jié)點(diǎn)維持相同的溫度，不改變回路中熱電勢(shì)的大?。?.抗腐蝕，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。常用的熱電偶測(cè)溫線路 單點(diǎn)測(cè)溫線路 溫差測(cè)溫線路 多點(diǎn)測(cè)溫線路 并聯(lián)測(cè)溫線路 串聯(lián)測(cè)溫線路熱電偶制作 熔焊（電弧焊） 電容沖擊焊 錫焊對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求 熱電偶的結(jié)點(diǎn)頭部呈小球形，球的直徑略大于二倍熱電偶絲的直徑； 頭部光亮、無氧化黑斑、金相結(jié)構(gòu)致密無砂孔； 熱電偶頭部應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度； 熱電偶線不發(fā)生扭曲、打結(jié)，兩線之間除頭部接觸點(diǎn)以外應(yīng)相互絕緣。熱電偶參考點(diǎn)的選擇 參考點(diǎn)的選擇，影響到輸出熱電勢(shì)的大小。只有在參考點(diǎn)溫度固定

10、的情況下，熱電偶才能正確反映出工作端的溫度大小。因此在熱工實(shí)驗(yàn)中，往往采用冰點(diǎn)作參考點(diǎn)。 采用冰點(diǎn)發(fā)生器。它是利用熱電元件通電制冷的原理冷卻一個(gè)密閉的水槽，使基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度維持在冰點(diǎn)的。測(cè)量溫度的方法 內(nèi)部溫度測(cè)量方法 表面溫度測(cè)量方法 介質(zhì)溫度測(cè)量方法內(nèi)部溫度測(cè)量 測(cè)溫儀表：主要用熱電偶 打孔測(cè)量1.打小孔2.打打孔表面溫度測(cè)量 測(cè)溫儀表：主要用熱電偶 直接測(cè)量1.熱電偶直接焊接到或緊貼在被測(cè)表面上2.將熱電偶沿著等溫線埋設(shè)在被測(cè)表面內(nèi) 間接測(cè)量測(cè)量表面附近的溫度變化，按一定的原理推算到要測(cè)量表面的溫度的方法稱為間接測(cè)量法。介質(zhì)溫度的測(cè)量 測(cè)溫用的儀表：棒式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì) 方法：將溫度計(jì)

11、直接與被測(cè)介質(zhì)接觸測(cè)量溫度的誤差 引線的導(dǎo)熱誤差 固體內(nèi)部溫度測(cè)量誤差 壁面溫度測(cè)量誤差 測(cè)溫管引起的介質(zhì)溫度測(cè)量誤差 溫度測(cè)量中的輻射誤差電加熱功率測(cè)量 主要采用伏安法 測(cè)量?jī)x表：電流表、電壓表、功率表 注意儀表的接法 注意小功率的測(cè)量表面熱流測(cè)量 測(cè)量表面的溫度和流體溫度，利用牛頓冷卻公式計(jì)算表面的熱流 測(cè)量表面附近的溫度梯度，來就算表面的熱流 熱流計(jì)來測(cè)量物體表面的熱流導(dǎo)熱型熱流計(jì)的工作原理 基于一維導(dǎo)熱的原理21ttq tEtt121 )(210ttnetE tKEnetEq0測(cè)量壓力的儀表 測(cè)量壓力的儀表1. U型管壓力計(jì)2. 單管壓力計(jì)3. 傾斜微壓計(jì)4. 多管壓力計(jì)流體中壓力的測(cè)量 靜壓的測(cè)量1.在容器上打孔，直接安裝測(cè)壓儀表2.用靜壓測(cè)量探針 動(dòng)壓的測(cè)量分別測(cè)量靜壓和總壓，按柏努力方程計(jì)算 總壓的測(cè)量利用總壓測(cè)量探針測(cè)量流速的測(cè)量 利用測(cè)壓探針測(cè)量流速 利用熱線風(fēng)速儀測(cè)量流速 利用多普勒風(fēng)速儀測(cè)量流速探針測(cè)量流速 測(cè)量原理：柏努力方程