熱工基礎(chǔ)試驗(yàn)指導(dǎo)書

本文格式為Word版，下載可任意編輯——熱工基礎(chǔ)試驗(yàn)指導(dǎo)書《熱工基礎(chǔ)》課程

課程編號(hào)：438121

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

主撰人：李艷黎嬌爨璋瑜審核人：劉海力

物理與信息工程系熱能與動(dòng)力工程專業(yè)教研室

二○一二年四月

前言

試驗(yàn)總體目標(biāo):把握熱工基本知識(shí)、熱工試驗(yàn)方法和熱工試驗(yàn)技能適用專業(yè)年級(jí):熱能與動(dòng)力工程；第三學(xué)期、第四學(xué)期試驗(yàn)課時(shí)分派:36學(xué)時(shí)序號(hào)1234567891011131415試驗(yàn)項(xiàng)目常用熱工儀表的使用空氣定壓比熱測(cè)定試驗(yàn)二氮化碳PVT關(guān)系研究試驗(yàn)噴管特性試驗(yàn)雷諾和伯努利方程綜合試驗(yàn)孔口與管嘴流量系數(shù)試驗(yàn)文丘里流量計(jì)及孔板流量計(jì)測(cè)定試驗(yàn)穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)恒熱流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料熱物性中溫法向輻射時(shí)物體黑度測(cè)定試驗(yàn)空氣橫掠圓柱體時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)換熱器綜合試驗(yàn)熱電偶校驗(yàn)畢托管測(cè)速試驗(yàn)要求類型必必必必必必必必必必必必必必每組試驗(yàn)人數(shù)學(xué)時(shí)22242222224442驗(yàn)證2驗(yàn)證2驗(yàn)證2綜合2驗(yàn)證2綜合2綜合2研究2研究2綜合2研究2綜合2研究2綜合2

試驗(yàn)5雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)

A雷諾試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、觀測(cè)流體在不同滾動(dòng)狀態(tài)時(shí)滾動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、觀測(cè)流體由層流變?yōu)槲闪骷坝晌闪髯優(yōu)閷恿鞯倪^(guò)渡過(guò)程。

3、測(cè)定液體（水）在圓管中滾動(dòng)的臨界雷諾數(shù)即下臨界雷諾數(shù)，學(xué)會(huì)其測(cè)定的方法。

二、試驗(yàn)設(shè)備及要求

本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)裝置如圖5-1所示。

顏色罐恒定水箱調(diào)理器放氣閥測(cè)壓板佰努力管調(diào)理閥雷諾管供水調(diào)理閥水箱及水泵回水管圖1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)裝置示意圖

三、試驗(yàn)原理

流體在管道中滾動(dòng)，有層流和紊流兩種不同的滾動(dòng)狀態(tài)，其阻力性質(zhì)也不同。在試驗(yàn)過(guò)程中，保持水箱的水位恒定，即水頭H不變。假使管路中出水閥門開(kāi)啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均流速V，微啟紅顏色水閥門，這時(shí)紅色水與自來(lái)水同步在管路中沿軸線向前滾動(dòng)，紅顏色水呈一條紅色直線，其流體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng)，紅色直線沒(méi)有與周邊的液體混雜，

層次明顯地在管路中滾動(dòng)。此時(shí)，在流速較小而粘性較大和慣性力較小的狀況下運(yùn)動(dòng)，為層流運(yùn)動(dòng)。假使將出水閥門逐漸開(kāi)大，管路中的紅色直線出現(xiàn)脈動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有出現(xiàn)相互交換的現(xiàn)象，液體的滾動(dòng)呈臨界狀態(tài)。假使將出水閥門繼續(xù)開(kāi)大，出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，使紅色線完全擴(kuò)散與自來(lái)水混合，此時(shí)流體的滾動(dòng)狀態(tài)為紊流運(yùn)動(dòng)。

雷諾數(shù)就是表征流體滾動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)。用Re表示，有：

Re?V?d/?（5-1）

式中，V為流速；d為管路直徑，d=27mm；?為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。

其中，流速V有：V?Q/A（5-2）式中，Q為流量；A為管路的橫截面積，有A??d/4。

流量Q用體積法可測(cè)出，即在Δt時(shí)間內(nèi)流入量筒中流體的體積?V。

2Q??V/?t（5-3）

四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟

1、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

（1）開(kāi)啟進(jìn)水閥門后，啟動(dòng)水泵，向恒水位水箱加水。（2）在水箱的水位達(dá)到溢流水平，并保持一定的溢流。（3）測(cè)量流體溫度。2、測(cè)定臨界雷諾數(shù)Recr

（1）將試驗(yàn)管中的水流調(diào)到較小的流速，將普通鋼筆水倒進(jìn)顏色水盒。開(kāi)啟下部小閥門，使顏色水從細(xì)管中流出，可此時(shí)，可看到試驗(yàn)觀眾的顏色水細(xì)流與管中的水流同步在直管中沿軸線向前滾動(dòng)，色液浮現(xiàn)一條細(xì)直流線，這說(shuō)明在此流態(tài)下，流體的質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流的橫向滾動(dòng)，顏色水沒(méi)有與周邊的液體混雜，而是層次明顯的向前滾動(dòng)。此時(shí)的流體即為層流。（若看不到這種現(xiàn)象，可再細(xì)心調(diào)理上水閥門和尾部閥門，知道看到有色直線為止。）

（2）緩慢地逐漸開(kāi)大出水閥門，可觀測(cè)到有色流線開(kāi)始出現(xiàn)脈動(dòng)，但流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有達(dá)到相互交換的程度，即象征為流體滾動(dòng)狀態(tài)開(kāi)始轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)（上臨界點(diǎn)），此時(shí)的流速即為上臨界流速。

（3）繼續(xù)開(kāi)大閥門，會(huì)出現(xiàn)流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，色線與水全部混合，此時(shí)流態(tài)為湍流。此后，緩慢地逐漸關(guān)小出水閥門，細(xì)心觀測(cè)試驗(yàn)管中的色液滾動(dòng)變化狀況，當(dāng)閥門關(guān)小到一定開(kāi)度時(shí)，可看到試驗(yàn)管中色液出口處開(kāi)始有有色脈動(dòng)流線出現(xiàn)，但還沒(méi)有達(dá)到轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯臓顟B(tài)，此時(shí)，即象征為湍流裝變?yōu)閷恿鞯呐R界狀態(tài)（下臨界點(diǎn)）。繼續(xù)關(guān)小閥門，試驗(yàn)管中會(huì)再次出現(xiàn)細(xì)直色線，流體流態(tài)變?yōu)閷恿鳌?/p>

（4）測(cè)定此時(shí)的流量，用記錄水箱測(cè)量出水流的流量體積。重復(fù)三次，即可算出下臨界雷諾數(shù)。

（5）將測(cè)試結(jié)果記入試驗(yàn)記錄表中。

五、記錄與計(jì)算

表5-1測(cè)試結(jié)果記錄表次數(shù)123?V（m3）tsQ(m3/s)2

V(m/s)Recr水溫=℃；運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)?=m/s；（查表見(jiàn)附表1）

六、思考題

1、試驗(yàn)時(shí)為什么要保持溢流狀態(tài)？

2、比較實(shí)測(cè)的臨界雷諾數(shù)和工程上采的臨界雷諾數(shù)，分析誤差原因。

七、本卷須知

1、操作過(guò)程需要認(rèn)真細(xì)心，試驗(yàn)時(shí)需要相互協(xié)同，分工合作，觀測(cè)與記錄試驗(yàn)過(guò)程。2、試驗(yàn)時(shí)要保持溢流狀態(tài)。

B、伯努利方程試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、觀測(cè)流體流經(jīng)試驗(yàn)管的能量轉(zhuǎn)化狀況，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析，加深對(duì)能量方程的理解。2、驗(yàn)證靜壓原理。

3、把握一種測(cè)量流體流速的方法。

二、試驗(yàn)設(shè)備及要求

本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)裝置如圖5-1所示。

三、試驗(yàn)原理與步驟

1、驗(yàn)證靜壓原理

啟動(dòng)水泵，等水罐滿管道后，關(guān)閉兩端閥門，這時(shí)觀測(cè)能量方程試驗(yàn)管上各個(gè)測(cè)壓管的液柱高度一致，因管內(nèi)的水不滾動(dòng)沒(méi)有滾動(dòng)損失，因此靜止不可壓縮均布重力流體中，任意點(diǎn)單位重量的位勢(shì)能和壓力勢(shì)能之和保持不變，測(cè)點(diǎn)的高度和測(cè)點(diǎn)的前后位置無(wú)關(guān)。

2、伯努利方程

實(shí)際流體都是有粘性的，在滾動(dòng)過(guò)程中由于磨擦而造成能量損失，能量方程變?yōu)椋?/p>

p?p?Z1?1?1?Z2?2?2?hL（5-6）

r2gr2g其中能量損失hL是由沿程損失hf和局部損失hm兩部分組成。3、觀測(cè)和計(jì)算流體流經(jīng)試驗(yàn)管中能量損失的狀況

過(guò)水?dāng)嗝娴哪芰坑晌荒?、壓能、?dòng)能三部分組成。在試驗(yàn)管道各斷面設(shè)置測(cè)壓管和測(cè)速管，

22

即可測(cè)出三種能量沿程變化的實(shí)際狀況。

測(cè)壓管中水位顯示的是位能和壓能之和，即能量方程中之前兩項(xiàng)：Z?p，即靜壓；測(cè)速rp?2管中水位顯示的是位能、壓能、動(dòng)能之和，即能量方程中三項(xiàng)之和：Z??，為全壓。

r2g全開(kāi)閥門，觀測(cè)總壓沿著水流方向的下降狀況，說(shuō)明流體的總勢(shì)能沿著流體的滾動(dòng)方向是減少的，改變給水閥門的開(kāi)度，同時(shí)計(jì)量不同閥門開(kāi)度下流量和相應(yīng)的測(cè)壓管液柱高度進(jìn)行記錄和計(jì)算。

試驗(yàn)在流體滾動(dòng)平穩(wěn)的狀況下，進(jìn)行測(cè)壓和流量的計(jì)量。在不同的流量工況下進(jìn)行測(cè)試，將測(cè)試的數(shù)據(jù)填入表中。

伯努利試驗(yàn)管工況點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

試驗(yàn)管內(nèi)徑d1=m，試驗(yàn)管內(nèi)徑d2=m，試驗(yàn)管內(nèi)徑d3=m序號(hào)1全壓123456靜壓2全壓靜壓3全壓靜壓4全壓靜壓5全壓靜壓體積3時(shí)(s)流量3（cm）間(cm/s)4、測(cè)量管內(nèi)軸心處流體速度

能量方程試驗(yàn)管上的每一組測(cè)壓管都相當(dāng)于一個(gè)皮托管，可測(cè)得管內(nèi)任意一點(diǎn)的流體點(diǎn)速度，本試驗(yàn)臺(tái)已將測(cè)壓管開(kāi)口位置設(shè)在能量方程試驗(yàn)管的軸心，故所測(cè)得動(dòng)壓為軸心處的，即最大速度。

皮托管求點(diǎn)速度公式：VP?求平均流速公式：V?2g?h（5-4）

Q（5-5）A根據(jù)以上公式計(jì)算某一工況各測(cè)點(diǎn)處的軸心速度和平均流速添入表格，可驗(yàn)證出連續(xù)性方程。對(duì)于不可壓縮流體穩(wěn)定的滾動(dòng)，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑粗的地方流速小，細(xì)的地方流速大。

將試驗(yàn)結(jié)果記錄于表5-1。表5-2各測(cè)點(diǎn)處的參數(shù)記錄

項(xiàng)目1序號(hào)234點(diǎn)速度Vp（m/s）平均速度V（m/s）管內(nèi)徑（mm）附表1

.標(biāo)準(zhǔn)大氣下水的物理性質(zhì)

溫度t/℃051015202530405060708090密度?/kg·m-3運(yùn)動(dòng)粘度?×10/m·s-62-1999.81000.0999.7999.1998.2997.0995.7992.2988.0983.2977.8971.8955.3

1.7851.5791.3061.1391.0030.8930.8000.6580.5530.4740.4130.3640.326試驗(yàn)6孔口與管嘴流量系數(shù)試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、觀測(cè)典型孔口和管嘴自由出流的水力現(xiàn)象與圓柱管嘴的局部真空現(xiàn)象。

2、測(cè)定孔口、管嘴出流的各項(xiàng)系數(shù)：出流斷面收縮系數(shù)?，流量系數(shù)?，流速系數(shù)?和阻力系數(shù)?。

二、試驗(yàn)設(shè)備及要求

本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：KGZ-1孔口管嘴試驗(yàn)儀。

試驗(yàn)臺(tái)由穩(wěn)壓水箱、計(jì)量水箱、供水箱、水泵等組成。在試驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)壓水箱前側(cè)壁上設(shè)置有兩種形狀的孔口以及圓柱管嘴與圓錐管嘴，箱內(nèi)有溢流板以保持水頭恒定，孔口和管嘴上安裝門蓋以控制出流。三、試驗(yàn)原理

1、孔口出流原理

如圖一所示，對(duì)d/H?0.1的小孔口，當(dāng)為完全收縮時(shí)，由于水流慣性作用，在離孔口約d/2的C—C斷面處，水流斷面收縮到最小，該收縮斷面Ac與孔口斷面積A的關(guān)系為Ac??A。?稱為收縮系數(shù)。

對(duì)水面1-1，收縮斷面C-C列能量方程式為：

2pc?cvcvcp1?1v1H0?（6-1）??????g2g?g2g2g22V可（6-1）得：H0?(1??c)c（6-2）

2g由（6-2）可得

Vc?211??c2gH0（6-3）

令??1則Vc??2gH0（6-4）1??c式中：Vc——孔口出流斷面上的流速（m/s）。

?——孔口流速系數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)，由于?c=0.06，所以

??11??0.971??c1?0.06H0——孔口的作用水頭（m）

孔口的出流量：Q?AV，由于Ac??A，即有cc?Ac?2gH0Q??A?2gH0（6-4）

設(shè)????,則有：

Q??A2gH0（6-5）

式中：Q——孔口出流的流量。

?——孔口的流量系數(shù)。

將以上各式進(jìn)行反推，可得孔口出流的各項(xiàng)系數(shù)流量系數(shù)：??Q

A2gH0AcA收縮系數(shù)：??流速系數(shù)：??阻力系數(shù)：????1?2?1

因此，測(cè)出Q、H、A、Ac。即可求出各項(xiàng)系數(shù)。2、管嘴出流原理

如圖二所示，當(dāng)器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長(zhǎng)相當(dāng)于孔口直徑的3～4倍時(shí)，則稱作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現(xiàn)象稱作管嘴出流。管嘴出流的特點(diǎn)是，水股先在管內(nèi)收形成真空，而后再逐漸擴(kuò)張以至充滿整個(gè)管嘴而流出。它的局部損失，主要是管嘴入口處的局部阻力損失和水股收縮斷面擴(kuò)大的局部阻力損失，沿程損失忽略不計(jì)。

管嘴出流各項(xiàng)系數(shù)計(jì)算公式與孔口出流的型式完全一樣。但由于管嘴出口斷面沒(méi)有變化，即

??1，???。管嘴出流各項(xiàng)系數(shù)計(jì)算公式如下：

管嘴流量系數(shù)：??Q

A2gH0管嘴收縮系數(shù)：??1管嘴流速系數(shù)：??管嘴阻力系數(shù)：??????1?2?1

四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟

一、記錄試驗(yàn)儀器尺寸參數(shù)

熟悉儀器，記錄孔口直徑d孔口、管嘴直徑d管嘴和水頭H。在圓柱形管嘴收縮斷面處設(shè)測(cè)壓管以觀測(cè)真空現(xiàn)象并測(cè)量真空值。出水水股由卡鉗測(cè)量。在標(biāo)尺上可讀出水箱水位，孔口管嘴的位置高程，及圓柱管嘴的真空度。流量測(cè)量采用體積法，由計(jì)量水箱計(jì)量。秒表自備。

二、孔口與管嘴出流的流量測(cè)量

1、啟動(dòng)水泵，并調(diào)理供水閥門使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不變，分別開(kāi)啟各孔口管嘴的前蓋進(jìn)行試驗(yàn)。

2、觀測(cè)各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象，測(cè)量出流收縮斷面尺寸，計(jì)算收縮斷面面積，測(cè)量孔口收縮管嘴的作用水頭，一般應(yīng)測(cè)3～5次，并取其平均值。

3、根據(jù)泄流槽上的刻度讀出孔口與管嘴出流的流量，將試驗(yàn)結(jié)果記錄入表6-1中。4、根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各項(xiàng)系數(shù),分析探討試驗(yàn)結(jié)果。表6-1試驗(yàn)結(jié)果記錄表

儀器常數(shù)：孔口直徑d孔口=cm；水頭H=cm；管嘴直徑d管嘴=cm分布類別3孔口圓形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴錐管嘴平均流量（cm/s）面積A（cm）3收縮直徑dc（cm）收縮斷面Ac（cm）真空度收縮系數(shù)?流量系數(shù)?3流速系數(shù)：?

阻力系數(shù)：?流股形態(tài)

五、思考題

流速系數(shù)?是否可能大于1.0？為什么？

六、本卷須知

1、過(guò)程中應(yīng)保持微小溢流；

2、本儀器有實(shí)測(cè)管嘴真空值的裝置，但一般達(dá)不到理論值，即作用水頭的0.75倍。

試驗(yàn)14畢托管測(cè)速試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、了解畢托管測(cè)速的構(gòu)造和測(cè)速原理，把握用畢托管測(cè)量流速的方法。2、測(cè)定管嘴吞噬出流的測(cè)點(diǎn)流速和流速系數(shù)。二、試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)桌、自循環(huán)供水箱、水位調(diào)理閥、穩(wěn)壓水箱、吞噬管嘴、畢托管、滑軌、回水箱、測(cè)壓管、滑動(dòng)測(cè)尺等組成。

三、試驗(yàn)原理

1、畢托管測(cè)速公式：

u?C2g?h（14-1）式中：u——畢托管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速C——畢托管的校正系數(shù)，C=1。Δh——畢托管總水頭與測(cè)壓管水頭差2、管嘴出流速度公式：

u??2g?H（14-2）