《建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 第7章

飽和蒸汽溫度與壓力關(guān)系實驗1.實驗?zāi)康蘑偻ㄟ^水的飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗，加深對飽和狀態(tài)的理解。②學(xué)會壓力表和調(diào)壓器等儀表的使用方法。③通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽t-p關(guān)系圖表的繪制方法。2.實驗原理物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝倪^程稱為汽化過程。汽化過程總是伴隨著分子回到液體中的凝結(jié)過程。到一定程度時，雖然汽化和凝結(jié)都在進行，但汽化的分子數(shù)與凝結(jié)的分子數(shù)處于動態(tài)平衡，這種狀態(tài)稱為飽和態(tài)，在這一狀態(tài)下的溫度稱為飽和溫度。此時蒸汽分子動能和分子總數(shù)保持不變，因此壓力也確定不變，稱為飽和壓力。飽和溫度和飽和壓力的關(guān)系一一對應(yīng)。本實驗裝置通過利用電加熱器給密閉容器中的蒸餾水加熱，使密閉容器水面以上空間產(chǎn)生具有一定壓力的飽和蒸氣。利用調(diào)壓器改變電加熱器的電壓，使其加熱量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生不同壓力下的飽和蒸氣。3.實驗系統(tǒng)及裝置圖1飽和蒸汽溫度與壓力關(guān)系實驗裝置1-調(diào)壓器；2-電壓表；3-水；4-水銀溫度計；5-放氣（加水）管；6-壓力表；7-本體外殼；8-保溫層；9-電爐絲實驗裝置如圖1所示，主要由電加熱密封容器、壓力表、溫度計等組成。4.實驗步驟及方法①檢查確認(rèn)設(shè)備完好無誤后，將調(diào)壓器的輸出電壓緩緩地調(diào)至220V，此時本體里的水開始加熱，待水蒸氣壓力升至某一值時，將電壓降至80~100V進行保溫，當(dāng)溫度計指示值基本穩(wěn)定（在1min之內(nèi)溫度上升或下降不超過0.2℃）時，記錄下此刻的壓力和溫度值。②重復(fù)上述的步驟，測定下一個工況點，在0~0.6MPa（表壓）范圍內(nèi)所測得的工況點不應(yīng)少于10次，而且工況點應(yīng)盡量分布均勻。③實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器指針調(diào)到零，并切斷該實驗臺電源。5.實驗數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)記錄表見表1。表1飽和蒸汽溫度與壓力關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表序號飽和壓力（MPa）飽和溫度（℃）誤差壓力表讀值p表大氣壓力pa絕對壓力p=pa+p表溫度計讀值t標(biāo)準(zhǔn)值t標(biāo)Δt=t標(biāo)-tΔtt123456789106.實驗數(shù)據(jù)處理及分析①以溫度計讀值t為縱坐標(biāo)，以對應(yīng)絕對壓力值P為橫坐標(biāo)，將實驗結(jié)果點繪制在直角坐標(biāo)系中，去除特殊偏離點，并擬合曲線。②分析水的飽和蒸氣壓測量的不確定度來源有哪些。氣體定壓比熱容測定實驗1.實驗?zāi)康蘑偈煜け緦嶒炛械臏y溫、測壓、測熱和測流量的方法。②掌握由基本數(shù)據(jù)和基本公式計算比熱容的方法。2.實驗原理引用熱力學(xué)第一定律解析式，對可逆過程有 δq=d??vdp （1）定壓時dp=0，有 cp=δq式（2）直接由cp的定義導(dǎo)出，故適用于一切工質(zhì)。在沒有對外界做功的氣體的等壓流動過程中，有 d?=1mδ則氣體的定壓比熱容[單位：kJ/（kg·℃）]可以表示為 cpt1式中m——氣體的質(zhì)量流量，kg/s；Qp——氣體在等壓流動過程中的吸熱量，kJ/s。由于氣體的實際定壓比熱容隨溫度的升高而增大，它是溫度的復(fù)雜函數(shù)。實驗表明，理想氣體的比熱容與溫度之間的函數(shù)關(guān)系甚為復(fù)雜，但總可表達為 cp=a式中，a、b、e等是與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。在離室溫不很遠的溫度范圍內(nèi)，空氣的比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線性的，即可近似表示為 cp=a+則溫度由t1升高到t2的過程中所需要的熱量可表示為 q=t1t由t1加熱到t2的平均定壓比熱容可表示為 cpt1大氣是含有水蒸汽的濕空氣。當(dāng)濕空氣由溫度t1被加熱至t2時，其中的水蒸汽也要吸收熱量，這部分熱量要根據(jù)濕空氣的相對濕度來確定。如果計算干空氣的比熱容，必須從加熱給濕空氣的熱量中扣除這部分熱量，剩余的才是干空氣的吸熱量。當(dāng)濕空氣氣流由溫度t1加熱到t2時，其中水蒸氣的吸熱量可用式（9）計算。 Qw=mwt1t2式中mw——氣流中水蒸氣質(zhì)量，kg/s；Qw——水蒸氣的吸熱量，kJ/s。則干空氣的平均定壓比熱容由式（10）確定，即 cpmt式中Qp′——濕空氣氣流的吸熱量；kJ/s。3.實驗系統(tǒng)及裝置圖1氣體定壓比熱容測定實驗裝置1-節(jié)流閥；2-流量計；3-比熱容儀本體；4-瓦特表；5-調(diào)壓變壓器；6-穩(wěn)壓器；7-風(fēng)機整個實驗裝置由風(fēng)機、流量計、比熱容儀本體、電功率調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)共四部分組成，如圖1所示。圖2比熱容儀本體結(jié)構(gòu)圖比熱容測定儀本體由內(nèi)壁鍍銀的多層杜瓦瓶2、進口溫度計1和出口溫度計8(鉑電阻溫度計或精度較高的水銀溫度計）、電加熱器3和均流網(wǎng)4、絕緣墊5、旋流片6和混流網(wǎng)7組成。氣體自進口管引入，進口溫度計4測量其初始溫度，離開電加熱器的氣體經(jīng)均流網(wǎng)4均流均溫，出口溫度計8測量加熱終了溫度后被引出，如REF_Ref14760\h圖2所示。4.實驗步驟及方法①接通電源及測量儀表，選擇所需的出口溫度計插入混流網(wǎng)的凹槽中。②取下流量計上的溫度計，開動風(fēng)機，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附近。測出流量計出口空氣的干球溫度t0和濕球溫度tw。③將溫度計插回流量計，重新調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近，逐漸提高電壓，使出口溫度計讀數(shù)升高到預(yù)計溫度[可根據(jù)下式預(yù)先估計所需電功率：w=12Δtτ，式中：w為電功率（W）；Δt為進出口溫差（℃）；τ④待出口溫度穩(wěn)定后，讀出下列數(shù)據(jù)。a.通過V（m3）氣體所花的時間τ（s）。b.比熱容儀進口溫度t1(℃)，出口溫度t2(℃)。c.大氣壓力計讀數(shù)B1（kPa），流量計中氣體表壓Δh(mmH2O）。e.電加熱器的功率Qp（W）。⑤測量流量計出口空氣的干球溫度t0和濕球溫度tw確定空氣的相對濕度φ。5.實驗數(shù)據(jù)記錄表STYLEREF3\s7.1.2-SEQ表\*ARABIC\s31氣體定壓比熱容測定實驗數(shù)據(jù)記錄表空氣的干球溫度t0空氣的濕球溫度tw大氣壓力B1流量計中氣體表壓Δh進口溫度t1出口溫度t2氣體體積V時間τ功率Qp6.實驗數(shù)據(jù)處理及分析暫不啟動電加熱器，摘下流量計出口與恒溫槽連接的橡皮管，把氣流流量調(diào)節(jié)到實驗流量值附近，測定流量計出口的氣流干球溫度t0相對濕度φ。根據(jù)t0和φ值由濕空氣的焓-濕圖確定含濕量d（g/kg干空氣），并計算出水蒸氣的容積成分，即 yw=d則氣流中水蒸氣分壓力為 pw=y p=10B1式中p——流量計中濕空氣的絕對壓力，Pa；B1——當(dāng)?shù)卮髿鈮?，kPa；Δh——流量計上壓力表（U形管）讀數(shù)，mmH2O柱。則水蒸氣的質(zhì)量流量mw（kg/s）為 mw=p式中RwT0——絕對溫度，K。干空氣的質(zhì)量流量mg（kg/s）為 mg=p式中R——干空氣的氣體常數(shù)，為287J/（kg·K)。電加熱器的加熱量為： Qp'=3.6則由式（9）和（10）即可求出水蒸氣的吸熱量和干空氣的平均定壓比熱容。熱電偶制作和標(biāo)定實驗實驗?zāi)康蘑倭私鉄犭娕紲y溫原理和溫度測量系統(tǒng)的組成，學(xué)習(xí)掌握熱電偶的焊接方法。②學(xué)習(xí)校驗熱電偶的方法。提高學(xué)生的動手和自行設(shè)計簡單實驗的能力。實驗原理電熱偶是工業(yè)上最常用的一種測溫元件，它是由兩種不同的導(dǎo)體絲A和B，焊接組成一個閉合回路而構(gòu)成的，如1所示。A、B稱為熱偶絲，也稱熱電極。當(dāng)兩接點處于不同溫度時回路中就會產(chǎn)生一個電勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，由此效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢通常稱為熱電勢。放置在被測溫度為t的介質(zhì)中的接頭，稱為工作端（熱端）；另一接頭t0成為參考端（冷端）。圖1熱電偶原理圖常用的金屬熱電偶材料有：銅-康銅(T型）（常用于-200℃到+200℃測溫）鎳鉻-康銅（E型）（常用于-200℃到+600℃測溫）鎳鉻-鎳硅或鎳鋁（K型）（常用于0℃到+1100℃測溫）熱電偶的測量端與參考端都是由兩種金屬焊接制成的。為減小傳熱誤差和滯后，焊接點宜小，其直徑不應(yīng)超過金屬絲直徑的2倍。焊接的方法可以采用點焊、對焊等，也可以把兩個熱電偶絞纏在一起再焊，稱為絞狀點焊，絞纏圈數(shù)宜為2～3圈。熱電偶測量端的焊接方法很多，如電弧焊，水銀焊接，鹽水焊接，錫焊等方法，焊前要消除接合處污物和絕緣漆，焊后結(jié)點呈小球狀，并把結(jié)點置于被測溫點。冷結(jié)點一般采用錫焊將熱電偶和銅導(dǎo)線相連接，相互絕緣后置于冰水混合物中。一般實驗室所使用的熱電偶屬于非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，它的分度必須由測溫工作者自己標(biāo)定。熱電偶的標(biāo)定原理是通過熱工儀表檢定系統(tǒng)恒溫水箱（或油箱）控制和維持不同的設(shè)定溫度，對比標(biāo)準(zhǔn)器具（精度應(yīng)高于被檢器具）的標(biāo)準(zhǔn)溫度和被檢器具——熱電偶的實際溫度，進而對熱電偶測試溫度進行修正標(biāo)定。實驗系統(tǒng)及裝置圖2熱電偶校驗系統(tǒng)圖標(biāo)準(zhǔn)溫度計2-恒溫水浴操控面板3-恒溫水浴4—水浴加熱棒5-水浴攪拌器6-被校熱電偶7-冰桶8-高精度毫伏表實驗步驟及方法①打開恒溫水浴，設(shè)置初始水溫為30℃。②將熱電偶線去除絕緣皮，露出熱電偶線裸絲約3～5mm，焊接熱電偶及測量導(dǎo)線，注意焊接點不能過大，焊接完畢后使用萬用表進行通斷測試。③將熱電偶冷端放入預(yù)先準(zhǔn)備好的冰桶里，切記要保證冷端為0℃。④連接熱電偶測量導(dǎo)線至高精度毫伏表，打開并設(shè)置測量功能為直流電壓毫伏檔。⑤將熱電偶的測量端與標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計感溫頭捆綁在一起放人恒溫水浴中，待標(biāo)準(zhǔn)溫度計讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄水銀溫度計讀數(shù)及所制作熱電偶的熱電勢。⑥對照銅-銅鎳合金（康銅）熱電偶分度表將所測得熱電勢換算成溫度。⑦調(diào)節(jié)恒溫水浴設(shè)定溫度，使其每次遞增10℃（如依次達到40℃、50℃、60℃、70℃)，重復(fù)以上步驟，熱電偶冷端不變，測量不同溫度下的熱電勢，將數(shù)據(jù)填入表1中。實驗數(shù)據(jù)記錄表1熱電偶制作及標(biāo)定實驗數(shù)據(jù)記錄表序號水銀溫度計讀數(shù)（℃）被校熱電偶熱電勢（mV）被校熱電偶溫度（℃）標(biāo)準(zhǔn)誤差12345實驗數(shù)據(jù)處理及分析①以熱電偶溫度為X值，水銀溫度計讀數(shù)為Y值，利用Excel軟件擬合熱電偶修正公式，對熱電偶實測溫度進行標(biāo)定。②分析熱電偶測試溫度產(chǎn)生誤差的原因，以及減小熱電偶測試誤差的方法。③如果實驗過程中，熱電偶的冷端不在冰水混合物中，而是暴露在空氣中（即室溫下），對實驗結(jié)果有何影響？穩(wěn)態(tài)圓球法測定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)實驗?zāi)康蘑僭诜€(wěn)定狀態(tài)下，學(xué)習(xí)和掌握用圓球法測定顆粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。②學(xué)會使用電位差計。③通過實驗確定該材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系式： （1）實驗原理導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力的物理量。對于不同的材料，導(dǎo)熱系數(shù)是不同的；對同一材料，導(dǎo)熱系數(shù)還會隨著溫度、壓力、濕度、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和重度等因素而變化。本實驗是在穩(wěn)定傳熱條件下，根據(jù)圓球?qū)峁絹砬蟮妙w粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。設(shè)有一空心球體，球的內(nèi)外表面直徑分別為d1和d2，溫度為t1和t2并保持不變，根據(jù)傅立葉定律可得出球體導(dǎo)熱公式： Q=2πλ即： λm=Qδ式中λm——球體材料在溫度tm=(t1+t2)/2時的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；δ——空心球體壁的厚度δ=(d1+d2)/2，m；I——電加熱器通過的電流，A；V——電加熱器的端電壓，V；Q——電加熱器的功率，W。在溫度變化范圍不大的情況下，大多數(shù)工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系可作為直線關(guān)系處理，因此要確定式中λ=f(t)的函數(shù)關(guān)系，則可以測定在不同溫度狀態(tài)下的λm值。將溫度為tm1、tm2、tm3……所對應(yīng)的λm1、λm2、λm3……值標(biāo)繪在座標(biāo)紙上，然后應(yīng)用圖解法求出式中的λ0和b值，從而整理出λ=f(t)的具體表達式。實驗系統(tǒng)及裝置實驗裝置如圖1所示，其中圓球?qū)醿x本體由兩個厚度極薄的同心金屬球殼構(gòu)成，內(nèi)球殼外表面直徑d1=80mm，外球殼內(nèi)表面直徑d2=160mm。兩球殼之間松緊均勻地填充滿顆粒狀材料干黃砂，即本實驗的被測材料。內(nèi)球殼里裝有電阻絲繞成的電加熱器，由直流穩(wěn)壓電源供給直流電加熱。單位時間產(chǎn)生的熱量（Q=IV，W）將通過黃砂層由球壁傳出。為了測定黃砂層內(nèi)外的溫差，在內(nèi)球外表面和外球內(nèi)表面上各裝有三組熱電偶用來測量其溫度，測點1、2、3分別位于內(nèi)球殼上，測點4、5、6分別位于外球殼上，熱電偶熱端焊于球殼上，冷端置于冰瓶中，冷熱端產(chǎn)生的熱電動勢用電位差計來測量。測點1、2、3的平均溫度即為內(nèi)球壁面溫度t1，測點4、5、6的平均溫度即為外球壁面溫度t2。圖1圓球法測導(dǎo)熱系數(shù)實驗裝置實驗步驟及方法①將各實驗裝置連接完成，根據(jù)所需功率調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器在指定數(shù)值并開始加熱。②加熱3小時以上進入穩(wěn)定導(dǎo)熱狀態(tài)，即可開始用電位差計測量并記錄各熱電偶測溫點的熱電勢，每隔10分鐘記錄一次，直至相鄰兩次各點測讀數(shù)值完全一致或相差極微，取平均值進行計算。然后根據(jù)T型熱電偶分度表將熱電勢換算成溫度并計算得到t1及t2，同時需記錄下加熱器的電壓V和電流I。③在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器輸出電壓，改變加熱功率，待穩(wěn)定后重復(fù)步驟（二）的操作，分別測量材料的不同溫度狀態(tài)，并計算相應(yīng)狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)。④實驗共測試4個不同的工況，即被測材料在4個不同的溫度狀態(tài)下，分別對應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)。實驗數(shù)據(jù)記錄表1圓球法測導(dǎo)熱系數(shù)實驗數(shù)據(jù)記錄表組數(shù)次數(shù)各測點熱電勢加熱器電壓加熱器電流123456第一工況123第二工況123第三工況123第四工況123實驗數(shù)據(jù)處理及分析①被測材料的平均溫度tm由REF_Ref16194\h式（4）計算得出；導(dǎo)熱系數(shù)λm由式（3）計算得出。 tm=（t1+t2）/2 （4）②應(yīng)用圖解法求得λ=f(t)的具體函數(shù)表達式。③分析顆粒狀材料在球壁內(nèi)充填松緊不均勻?qū)嶒炗惺裁从绊憽＂苋舨捎脙蓚€相同的球?qū)狍w導(dǎo)熱儀分別測兩種導(dǎo)熱系數(shù)大小不同的材料時，其它條件相同情況下，它們達到傳熱穩(wěn)定所需時間是否一樣？哪一個長？為什么？大容器內(nèi)水自然對流換熱實驗自然對流換熱是一種普遍存在的熱傳遞形式。如輸電導(dǎo)線，變壓器和電器元件的散熱，以及高溫物體的自然冷卻等，多數(shù)靠自然對流換熱。蒸汽或其他熱流體輸送管道的熱量損失，以及空調(diào)或冷凍設(shè)備等的熱負(fù)荷，都與自然對流傳熱有關(guān)。溫差是產(chǎn)生自由流動和換熱的根本原因。本實驗測定的是管子橫向放在水中時的自然對流換熱系數(shù)，并將結(jié)果進行整理得出橫管自然對流換熱特征方程式。實驗?zāi)康蘑偻ㄟ^本實驗觀察溫度高的物體在容器內(nèi)引起水的自然對流現(xiàn)象，建立起對由于溫差產(chǎn)生自由流動的認(rèn)識。②測定水自然對流時的換熱系數(shù)α，整理出Nu與Ra之間的關(guān)系，即Nu=CRan；加深對特征數(shù)的理解，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)分析自然對流換熱規(guī)律的實驗技能。③將實驗數(shù)據(jù)與有關(guān)研究結(jié)果進行比較，進一步加深對自然對流換熱的認(rèn)識。實驗原理自然對流時的換熱系數(shù)α按下式計算 （1）式中——自然對流時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/（m2?℃）；Q——試件的發(fā)熱量，W；F——試件的表面積，m2；t2——試件的表面溫度，℃；tf——工作介質(zhì)溫度，℃。本實驗裝置所用的試件是不銹鋼管，橫放在常溫的蒸餾水中。利用電流流過不銹鋼管對其加熱。這樣就構(gòu)成了表面有恒定熱流密度的管。測定流過不銹鋼管的電流及管兩端的電壓降即可準(zhǔn)確地確定表面的熱流密度。測定表面溫度就可以確定表面換熱系數(shù)的大小。自然對流的換熱規(guī)律通?？烧沓上铝刑卣麝P(guān)系 （2）式中；；（t2-tf）——表面過余溫度，℃；d——管外徑，m；ρ——流體密度，kg/m3；β——流體體積膨脹系數(shù)，1/℃；g——重力加速度，m/s2；cp——流體比熱容，J/（kg?℃）；λ——流體導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m?℃）；μ——流體動力黏度，Pa?s。要通過實驗整理出上述關(guān)系式，必須使Ra數(shù)有較大范圍的變化，才能保證所整理出的特征方程式的精度。在所用工質(zhì)不變的條件下，Ra主要取決于（t2-tf）及d的變化，且受d改變的影響更大。因此，本實驗中采用不同直徑的管子，在不同負(fù)荷條件下進行實驗。實驗系統(tǒng)及裝置圖1所示為實驗裝置本體簡圖。試件1為不銹鋼薄壁管，其兩端通過電極管3引入低壓大電流，將試件加熱。試件放在盛有蒸餾水的玻璃容器4中，水被加熱后，在試件表面形成自然對流運動。調(diào)節(jié)電極管的電壓，可改變試件表面的熱負(fù)荷，從而清楚地觀察到自然對流隨著熱負(fù)荷的增加而加劇的現(xiàn)象。圖1自然對流換熱試件本體簡圖不銹鋼管試件2-熱電偶3-電極管4-玻璃容器試件的發(fā)熱量由流過它的電流及其工作段的電壓降來確定。要得到較準(zhǔn)確的α值，必須排除試件端部的影響，因此在a、b兩點測量試件工作段的電壓降，以確定通過ab之間表面的發(fā)熱量Q。試件外壁溫度t2很難直接測定，對管狀試件用插入管內(nèi)的銅-康銅熱電偶測出管內(nèi)壁溫度t1，再通過計算求出t2。圖2大容器內(nèi)水自然對流換熱實驗裝置簡圖不銹鋼管試件2-熱電偶3-電極管4-玻璃容器5-輔助加熱器6-熱電偶7-冷卻管8-轉(zhuǎn)換開關(guān)9-電位差計10-硅整流器11-標(biāo)準(zhǔn)電阻12-分壓箱要達到上述基本要求，整個實驗裝置如圖2所示。加在試件兩端的直流低壓大電流由硅整流器供給。改變硅整流器的電壓可調(diào)節(jié)試件兩端的電壓及流過的電流。測定標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓降可確定流過試件的工作電流。為方便起見，本實驗臺省略了冰瓶，測量管內(nèi)壁溫度的熱電偶的參考溫度不是0℃，而是容器內(nèi)水的溫度tf，即其熱端放在試件管內(nèi)，冷端則放在水中，所以熱電偶反映的是管內(nèi)壁溫度與容器內(nèi)水溫之差（t1-tf）的熱電勢輸出E（t1，tf)。容器內(nèi)水溫則用水銀溫度計測量。為了能用一臺電位差計同時測定管內(nèi)壁熱電偶的毫伏值、試件ab間電壓降及標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓降，裝有一轉(zhuǎn)換開關(guān)。在測量試件ab間電壓降時，由于電位差計量程不夠，故在電路中接入一臺分壓箱。水中所含空氣在受試件管壁加熱后，將析出并附著在管壁面上，這將破壞水的自然對流流動狀況。因此，實驗前必須用輔助電加熱器先將水加熱到沸騰，以排除其中所溶解的空氣。然后在冷卻管內(nèi)通冷卻水使之冷卻，才能進行實驗。實驗步驟及方法準(zhǔn)備與啟動按REF_Ref2378\h圖2將實驗裝置測量線路接好，接通儀表，檢查其工作是否正常。玻璃容器內(nèi)充蒸餾水至4/5高度。接通輔助電流器，將蒸餾水燒開，以排除水中吸收的空氣，而后關(guān)掉輔助電加熱器，將冷卻水管打開，使之冷卻以保證容器內(nèi)溫度維持均勻。啟動硅整流器，逐漸加大電流。觀察容器內(nèi)水自然對流的現(xiàn)象緩慢加大試件的工作電流，觀察水自然對流現(xiàn)象。隨試件工作電流增加，熱負(fù)荷加大，自然對流現(xiàn)象加劇。熱負(fù)荷增大到一定程度后，會聽到“吱吱”的響聲，說明試件表面局部已達到過冷沸騰狀態(tài)，不可再增加負(fù)荷。注意各種不銹鋼管工作電流的范圍。測定換熱系數(shù)α為了確定換熱系數(shù)α，需要測定下列參數(shù)：容器內(nèi)水的溫度tf（℃）；標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓降U1（mV）；試件工作段ab間的電壓降U（V）； U=TU2×10-3 （3）式中T——分壓箱倍率，T=200；U2——工作段ab間的電壓經(jīng)分壓箱后測得的值，mV。測得E（t1，tf)測得反映管內(nèi)壁溫度與容器內(nèi)水溫之差的熱電偶電勢輸出E（t1，tf)（mV），由此可確定管內(nèi)壁溫度t1。為了測定不同熱負(fù)荷下?lián)Q熱系數(shù)的變化，在不同工作電流下進行測試，每改變一個工況，待各讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄上列數(shù)據(jù)。結(jié)束前的調(diào)零實驗結(jié)束前先將硅整流器調(diào)至零值，然后切斷電源。實驗數(shù)據(jù)記錄表1大容器內(nèi)水自然對流換熱實驗數(shù)據(jù)記錄表tfU1U2E（t1，tf)工況1工況2工況3工況4實驗數(shù)據(jù)處理及分析發(fā)熱量測量電流流過試件，在工作段ab間的發(fā)熱量為 Q=IU （4）式中Q——發(fā)熱量，W；I——流過試件的電流，A；U——工作段ab間電壓降，V。電壓降由式（3）求得。電流由其流過標(biāo)準(zhǔn)電阻11產(chǎn)生的電壓降U1來計算。因為標(biāo)準(zhǔn)電阻為150A/75mV，所以測得標(biāo)準(zhǔn)電阻11上每1mV的電壓降等于2A的電流流過。即 I=2U1管外壁溫度t2的計算試件為圓管時，按有內(nèi)熱源的長圓管計算，其管外表面為對流放熱條件，管內(nèi)壁面絕熱時，根據(jù)管內(nèi)壁溫度可以計算外壁溫度 （6）式中λ——不銹鋼管導(dǎo)熱系數(shù)，λ=16.3W/(m·K）；Q——工作段ab間的發(fā)熱量，W；L——工作段ab間的長度，m；——計算系數(shù)，℃/W。 （7）水自然對流時的換熱系數(shù)α在穩(wěn)定工況下，電流流過試件發(fā)出的熱量全部通過外表面由蒸餾水自然對流換熱帶走。 （8）即求得換熱系數(shù)為 （9）計算Nu及Ra計算相應(yīng)的Nu及Ra，其定性溫度用管外壁溫度與流體溫度的平均值，tm=(t2+tf)/2。對于水平圓管定性尺寸取管子外徑d2。繪圖在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出各實驗點，并求出特征方程式。中溫輻射時物體黑度測定實驗物體表面的黑度與物體的性質(zhì)、表面狀況和溫度等因素有關(guān)，是物體本身的固有特性，與外界環(huán)境情況無關(guān)。通常物體的黑度需經(jīng)實驗測定。實驗?zāi)康蘑凫柟虩彷椛涞幕靖拍詈突纠碚摚由顚诙雀拍畹睦斫狻＂趯W(xué)習(xí)法向輻射率測量儀的基本原理，掌握比較法測定物體表面黑度的實驗方法。③通過學(xué)生自主動手設(shè)計試件、測量數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，增強學(xué)生的動手實驗?zāi)芰?，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用知識的能力和創(chuàng)新思維。實驗原理用n個物體組成的輻射換熱體系中，利用凈輻射法，可以求物體的純換熱量Qnet,i，即 （1）式中——面的凈輻射換熱量，W；——面從其他表面的吸熱量，W；——面本身的輻射換熱量，W；——面的黑度；——面對面的角系數(shù)；——面的有效輻射力，W/m2；——面的輻射力，W/m2；——面的吸收率；——面面積，m2。圖1物體黑度測定實驗裝置簡圖熱源2-傳導(dǎo)圓簡3-待測物體本實驗設(shè)備簡圖如圖1所示，可以認(rèn)為：熱源、傳熱圓筒為黑體且熱源、傳導(dǎo)圓簡和待測物體（受體），它們表面上的溫度均勻。因此，REF_Ref32514\h式1可以寫成 （2）因為，又根據(jù)角系數(shù)的互換性，則 = （3）由于受體與環(huán)境主要以自然對流方式傳熱，因此 （4）式中——對流換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；——待測物體（受體）溫度，℃；——環(huán)境溫度，℃。由REF_Ref3390\h式（3）、REF_Ref3397\h式（4）可得 （5）當(dāng)熱源和黑體圓筒的表面溫度一致時，，并考慮到體系1、2、3為封閉系統(tǒng)，則 （6）由此，REF_Ref4285\h式（5）可以寫成 （7）式中——斯蒂芬-玻爾茲曼常量，=5.67×108W/（m2·K4）。對不同待測物體（受體）的黑度為設(shè)，則 （8）當(dāng)為黑體時，，REF_Ref12779\h式（8）可寫成 （9）實驗系統(tǒng)及裝置實驗裝置如REF_Ref14232\h圖2所示。熱源具有一個測溫?zé)犭娕?，傳?dǎo)腔體有兩個熱電偶，受體有一個熱電偶，它們都可以通過溫度測量轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。圖2物體黑度測定實驗裝置示意圖實驗步驟及方法本儀器用比較法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過對三組加熱器電壓的調(diào)整（熱源一組，傳導(dǎo)體兩組），使熱源和傳導(dǎo)體的測溫點恒定在同一溫度上，然后分別將“待測”（受體為待測物體，具有原來的表面狀態(tài)）和“黑體”（受體仍為待測物體，但表面熏黑）兩種狀態(tài)的受體在相同的時間接受熱輻射，測出收到輻射后的溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度。為了測實成功，最好在實測前對熱源和傳導(dǎo)體的恒溫控制方法進行1-2次探索，掌握規(guī)律后再進行正式測試。具體實驗步驟如下：①將熱源腔體和受體腔體（先用“待測”狀態(tài)的受體）對正靠近傳導(dǎo)體，并在受體腔體與傳導(dǎo)體之間插人石棉板隔熱。②接通電源，調(diào)整熱源、傳導(dǎo)左和傳導(dǎo)右的調(diào)溫旋鈕，使其相應(yīng)的加熱電壓調(diào)到合適的數(shù)值。加熱30min左右，對熱源和傳導(dǎo)體兩側(cè)的測溫點進行監(jiān)測，根據(jù)溫度值，微調(diào)相應(yīng)的加熱電壓，直至所有測點的溫度基本上穩(wěn)定在要求的溫度上。③系統(tǒng)進入恒溫后（各測點的溫度基本接近，且各測點的溫度波動小于3℃），去掉隔熱板，使受體腔體靠近傳導(dǎo)體，然后每隔10min對受體的溫度進行測試、記錄，測得一組數(shù)據(jù)。與此同時，要監(jiān)測熱源和傳導(dǎo)體的溫度，并隨時進行調(diào)整。④取下受體腔體，待受體冷卻后，用松脂(帶有松脂的松木)或蠟燭將受體表面熏黑。然后重復(fù)上述方法，對“黑體”進行測試，測得第二組數(shù)據(jù)。⑤將兩組數(shù)據(jù)進行整理后代入公式，即可得出待測物體的黑度。實驗數(shù)據(jù)記錄表1物體黑度測定實驗數(shù)據(jù)記錄表序號熱源溫度/℃?zhèn)鲗?dǎo)/℃受體/℃123123平均/℃序號熱源溫度/℃?zhèn)鲗?dǎo)/℃受體（表面熏黑）/℃123123平均/℃實驗數(shù)據(jù)處理及分析根據(jù)REF_Ref12779\h式（8），本實驗所用計算公式為 （10）式中——相對黑體的黑度，該值可假設(shè)為1；——待測物體（受體）的黑度；——受體為相對黑體時熱源的絕對溫度，K；——受體為被測物體時熱源的絕對溫度，K；——相對黑體的絕對溫度，K；——待測物體（受體）的絕對溫度，K。根據(jù)本實驗的實際情況，可以采用以下方案：對同一待測物體（受體），在完全相同條件下，進行兩次實驗。一次是將待測物體（受體）用松脂（帶油脂的松木）或蠟燭熏黑使它變?yōu)楹隗w，并對其進行實驗；另一次是在不熏黑的情況下進行實驗。最后，根據(jù)這兩次實驗所得的兩組數(shù)據(jù)，算出該待測物體的黑度。這里是將熏黑的物體看成黑體，其輻射率視為l。空氣加熱器性能測試實驗實驗?zāi)康蘑偻ㄟ^以熱水為熱媒的空氣加熱器中空氣被加熱過程的測試，加深對表面式空氣加熱器換熱理論的理解。②掌握表面式空氣加熱器熱工性能的測試方法。③分析空氣加熱器傳熱系數(shù)的影響因素，并確定其隨空氣流速的變化關(guān)系式。實驗原理在設(shè)計空氣加熱器的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)滿足熱工、流體阻力、安裝使用、工藝和經(jīng)濟等方面的要求。最主要的是在一定的外形尺寸和金屬材料用量下，其空氣加熱器的放熱量最大和空氣通過的阻力最小。經(jīng)過研究結(jié)果表明，空氣加熱器的傳熱系數(shù)及空氣阻力與下列幾種因素有關(guān)。（1）空氣加熱器有效斷面上的空氣平均速度。（2）空氣密度。（3）空氣通過的管子排數(shù)及其管徑。（4）管內(nèi)熱水的流速。當(dāng)熱媒為熱水時，空氣加熱器的傳熱系數(shù)及空氣阻力可由下列關(guān)系式表示。 （1） （2）式中——經(jīng)驗系數(shù)，與空氣加熱器的結(jié)構(gòu)有關(guān)；——空氣加熱器有效斷面上的空氣流速，m/s；——空氣密度，kg/m3；——加熱器管束內(nèi)熱水的流速，m/s；——經(jīng)驗指數(shù)，與空氣加熱器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。本實驗保持加熱器管束內(nèi)熱水的流速不發(fā)生改變，則傳熱系數(shù)與空氣流速的變化關(guān)系式可表示為： （3）在試驗工況條件下，測量出加熱器前后的空氣參數(shù)和供熱水溫度、水量等參數(shù)后，分別計算出空氣通過加熱器所得到的熱量及熱水所放出的熱量，當(dāng)兩者熱平衡偏差符合規(guī)定值后，根據(jù)傳熱學(xué)公式可計算出傳熱系數(shù)值。計算空氣通過加熱器得到的熱量(kw) （4）式中——1.01（KJ/kg?℃），濕空氣的定壓比熱；——空氣的平均流速，m/s；——風(fēng)管斷面面積，m2；——加熱前、后空氣的溫度，℃。計算加熱器從熱水得到的熱量(kw) （5）式中——4.2（KJ/kg?℃），水的比熱容；——熱水流量，kg/s；——進出水溫度，℃。計算熱平衡誤差 （6）當(dāng)在10%以內(nèi)時方滿足要求。計算空氣加熱器傳熱系數(shù) （7）式中——空氣加熱器的換熱面積，m2；——熱煤溫度與空氣平均溫度之差，℃。實驗系統(tǒng)及裝置空氣加熱器性能測試實驗臺如圖1所示，包括風(fēng)機、畢托管、微壓計、熱水機組、水泵、數(shù)字溫度計等。圖1加熱器性能測試實驗臺實驗步驟及方法①實驗前先熟悉實驗系統(tǒng)中的各個設(shè)備及要調(diào)試的部件，并準(zhǔn)備好測試儀表。②打開空氣源熱泵機組，設(shè)定出水溫度40℃，調(diào)節(jié)熱水供水系統(tǒng)使熱水供水量及供水壓力穩(wěn)定。③啟動風(fēng)機。空氣在風(fēng)機作用下流入風(fēng)管，經(jīng)空氣加熱器加熱后排出。當(dāng)系統(tǒng)運行正常，系統(tǒng)工況穩(wěn)定后即可進行測量。④熱水流量用轉(zhuǎn)子流量計測量，熱水進入加熱器前后的溫度用銅—康銅熱電偶測量，在加熱器前后各設(shè)一個測點。⑤用畢托管及微壓計測量各測點的動壓，進而計算出風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速。空氣被加熱前后的溫度，由玻璃溫度計測得，在加熱器前后各設(shè)一個測點。通過空氣加熱器的空氣阻力可用微壓計測量。⑥調(diào)節(jié)風(fēng)機前的閥門改變系統(tǒng)的進風(fēng)量，熱水側(cè)參數(shù)保持不變，重復(fù)步驟（四）和（五），共測試4組不同風(fēng)量下的實驗數(shù)據(jù)，每次間隔10分鐘左右。⑦測試結(jié)束后關(guān)閉熱水系統(tǒng)閥門，風(fēng)機繼續(xù)運行5分鐘后關(guān)閉，最后關(guān)閉電源。實驗數(shù)據(jù)記錄表1空氣加熱器性能測試實驗數(shù)據(jù)記錄表環(huán)境氣象參數(shù)干球溫度（℃）相對濕度（%）大氣壓力（kPa）空氣測參數(shù)熱水測參數(shù)序號進風(fēng)溫度（℃）出風(fēng)溫度（℃）平均流速（m/s）加熱器壓差（Pa）進水溫度（℃）出水溫度（℃）供水流量（L/h）1234實驗數(shù)據(jù)處理及分析①將計算后的數(shù)據(jù)填入表2。表2空氣加熱器性能測試實驗數(shù)據(jù)處理表序號(kw)(kw)（℃）（w/m2℃）（m/s）1234②根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)求出的關(guān)系式。③對比空氣得到的熱量和熱水的放熱量，分析熱平衡誤差產(chǎn)生的原因。④分析影響空氣加熱器傳熱系數(shù)的因素。靜力學(xué)實驗實驗?zāi)康蘑衮炞C靜力學(xué)的基本方程。②學(xué)會使用測壓管與U形測壓計的量測技能。③靈活應(yīng)用靜力學(xué)的基本知識進行實際工程量測。實驗原理由流體靜力學(xué)的基本方程 （1）可知，在不可壓縮靜止流體里，任意一點的位置水頭與壓強水頭之和是一個常數(shù)，即靜止流體中任意點的測壓管水頭相等。在重力作用下，靜止流體中任一點的靜壓強p也可以寫成如下形式： （2）式中Z——被測點相對于基準(zhǔn)面的位置高度；p——被測點的靜水壓強；p0——作用在液面上的壓強，為表面力，它可以是固體對液體表面施加的作用力，也可以是一種液體對另一種液體表面的作用力，或氣體對液體表面的作用力；——質(zhì)量力重力引起的壓強，，表示底面積為單位面積、高為h的圓柱體的液體重量。REF_Ref18875\h式（2）反映出靜止液體中，任意點的靜壓強p隨淹沒深度h按線性規(guī)律變化。實驗系統(tǒng)及裝置流體靜力學(xué)實驗儀由盛水密閉容器、連通管、測壓管、U形測壓管、真空測壓管、通氣閥、截止閥、加壓打氣球、減壓閥等組成，如REF_Ref18950\h圖1所示。U形測壓管中可注入不同種類的液體，以測定該液體的容重。圖1流體靜力學(xué)實驗儀1-測壓管；2-帶標(biāo)尺測壓管；3-連通管；4-真空測壓管；5-U形測壓管；6—通氣閥；7-加壓打氣球；8-截止閥；9-油柱；10—水柱；11-減壓放水閥實驗步驟及方法熟悉儀器的構(gòu)成及其使用方法①關(guān)閉閥11，打開通氣閥6，則1、2管液面齊平。②加壓：關(guān)閉閥6、8、11，捏壓加壓打氣球7，此時1、2管液面高程將高于水箱液面高程，表明密閉水箱液面處于正壓狀態(tài)。③減壓：關(guān)閉閥6、8，開啟減壓放水閥11，待1、2管液面高程低于水箱液面高程后關(guān)閉閥11，此時密閉水箱液面為負(fù)壓。④檢查儀器密閉狀況：加壓后觀察1、2、5管液面高程是否恒定。若下降，表明儀器漏氣，需查明原因并予以解決。記錄各點標(biāo)高，確立測試基準(zhǔn)面測點標(biāo)高：ΔB、ΔC、ΔD分別為B、C、D點相對于帶標(biāo)尺測壓管2的零點高程（為儀器名牌標(biāo)注)測點位能：ZB、ZC、ZD分別為以容器底部D點的水平面為基準(zhǔn)面，單位重量流體具有的位置勢能。測量各點靜壓強①關(guān)閉閥11，開啟通氣閥6，此時p0=0。記錄水箱液面標(biāo)高0和測壓管2液面標(biāo)高2（此時0=2）。②關(guān)閉通氣閥6和截止閥8，捏壓加壓打氣球7，加壓使p0>0，測記及0及2（加壓3次）。③關(guān)閉通氣閥6和截止閥8，開啟減壓放水閥11，使p0<0（減壓3次，要求其中一次，2<3），測記0及2。測定油容重①開啟通氣閥6，使p0=0，即測壓管1、2液面與水箱液面齊平后再關(guān)閉通氣閥6和截止閥8，加壓打氣球7，使p0＞0，并使U形測壓管中的油水界面略高于水面，然后微調(diào)加壓打氣球首部的微調(diào)螺母，使U形測壓管中的油水界面齊平于水面REF_Ref19152\h圖2，測記0和2（此過程重復(fù)進行3次，3次的測試誤差控制在小于2mm為宜），取平均值，計算2-o=h1。設(shè)油的容重為，為油的高度。由等壓面原理有：（3）圖2油水界面齊平于水面圖3水面與油面齊平②開啟通氣閥6，使p0=0，即測壓管1、2液面與水箱液面齊平后再關(guān)閉通氣閥6和截止閥8，然后開啟放水閥11減壓（p0<0），使U形管中的水面與油面齊平REF_Ref19182\h圖3，測記0及2（此過程重復(fù)進行3次，3次的測試誤差控制在小于2mm為宜），取平均值，計算0-2=h2。由等壓面原理同樣有： （4）整理得： （5） （6）實驗數(shù)據(jù)記錄與處理實驗數(shù)據(jù)記錄與處理表見REF_Ref19436\h表1、REF_Ref19459\h表2。表1流體靜壓強測量記錄與計算表液面條件序號水箱液面0測壓管2液面2壓強水頭測壓管水頭=2-B=2-C=2-Dp0=01p0>0123p0<0123表2油容重測量記錄及計算表條件次數(shù)水箱液面0測壓管2液面22-o2-o的平均值p0>0且U形管中水面與油水交界面齊平1h123p0<0且U形管中水面與油面齊平1h223由REF_Ref19554\h式（7）計算得出： （7）實驗分析①為避免毛細管現(xiàn)象的影響，在測壓管的讀數(shù)上如何減少誤差?②靜止流體中，不同斷面測壓管水頭線如何變化?不可壓縮流體恒定流動的能量方程實驗實驗?zāi)康蘑僬莆站鶆蛄鞯膲簭姺植家?guī)律以及非均勻流的壓強分布特點。②驗證不可壓縮流體恒定流動中各種能量間的相互轉(zhuǎn)換。③學(xué)會使用測壓管與測速管測量壓強水頭、流速水頭與總水頭。④理解畢托管測速原理。實驗原理實際流體在流動過程中除遵循質(zhì)量守恒原理外，必須遵循動能定理。質(zhì)量守恒原理在一維總流中的應(yīng)用為總流的連續(xù)性方程，動能定理在一維總流中的應(yīng)用為能量方程。它們分別如下： （1） （2）式中下標(biāo)1、2——分別表示總流前、后兩個漸變流或均勻流過流斷面上選定的兩個計點；z——計算點相對于選定基準(zhǔn)面的位置高度，cm；——液體容重，Kg/m3；p——計算點的壓強，Pa；A——斷面面積，cm2；Q——通過斷面的流量，m3/s；——斷面平均流速，m/s；——動能修正系數(shù)；hw——流體在該兩個過流斷面之間產(chǎn)生的水頭損失，cm?？偭髂芰糠匠淘谕茖?dǎo)過程中由于引入了許多簡化條件，因而，方程在應(yīng)用時必須滿足以下條件：①總流為均質(zhì)不可壓縮流體的恒定流。②質(zhì)量力中只有重力。③所選取的計算斷面（過流斷面）必須取在均勻流或者漸變流段上，但兩過流斷面之間可以是急變流。④總流的流量沿程不變，它沒有流量的分出或匯入。⑤在兩計算斷面之間沒有外部能量輸入或者輸出。實際流體中，總水頭線始終沿程降低，實驗中可以從測速管的液面相對于基準(zhǔn)面的高度讀出。測壓管水頭線可以沿程升高，也可以是沿程降低的，具體要視過流斷面的平均流速大小而定。對于某斷面而言，測壓管水頭等于該斷面的總水頭減去其流速水頭。同樣，斷面平均流速也可以用總水頭減去該斷面的測壓管水頭得到，畢托管測定點流速即是利用這一原理求得的，即： （3）式中——畢托管修正系數(shù)；p——被測點的靜水壓強，Pa；ps——滯止點的壓強，Pa；h——兩斷面間的測壓管水頭差，cm。實驗系統(tǒng)及裝置能量方程實驗儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、恒壓水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、可控硅無級調(diào)速器、實驗管道（包括3種管徑管道、文丘里管、直角彎管、突擴突縮管和閥門）、流量調(diào)節(jié)閥、接水盒、回水管、測壓計等組成，如REF_Ref19952\h圖1所示。測點1、6、8、12、14、16、18為測速管；2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19為測壓管；測點6、7所在斷面內(nèi)徑為d2，測點16、17所在斷面內(nèi)徑d3，其余均為d1；測點2、3為直管均勻流段同一斷面上的兩個測壓點，10、11為彎管非均勻流段同一斷面上的兩個測點。圖1能量方程實驗儀實驗步驟及方法①打開電源，啟動供水系統(tǒng)，水箱供水至溢流，排凈實驗管道內(nèi)的空氣后關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥。檢查所有的測壓管液面是否齊平，若不平需查明原因并排除氣體。②全開流量調(diào)節(jié)閥，使測壓管19液面盡可能接近標(biāo)尺零點，待流動穩(wěn)定后記錄各測壓管與測速管液面讀數(shù)；同步定時測量時段流出水體的體積，并計算流量，2~3次取平均。③逐級調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)流量，待流動穩(wěn)定后，測讀測壓管與測速管液面讀數(shù)；按與步驟（二）相同的方法同步測算流量。改變流量調(diào)節(jié)閥的開度，測取3組不同的流量，計入REF_Ref8336\h表1中。④實驗完畢后，先關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，檢查所有的測壓管液面是否齊平；若不平表明實驗有故障，應(yīng)排除故障重新實驗。確認(rèn)無誤后關(guān)閉電源，將儀器恢復(fù)到實驗前狀態(tài)。⑤分析計算各斷面的流速水頭、測壓管水頭與總水頭，從而計算沿程水頭損失與局部水頭損失，并比較突然擴大與突然縮小的測壓管水頭及其水頭損失。⑥在均勻流斷面上，推求測速管處的流速，將測試與計算結(jié)果列于REF_Ref9038\h表2。實驗數(shù)據(jù)記錄基本參數(shù)：水箱液面高程0，上管道軸線高程上，下管道軸線高程下，管道直徑d1，d2，d3。表1測點液面讀數(shù)與斷面能量轉(zhuǎn)換測量記錄計算表測點位置水頭Z壓強水頭流速水頭測壓管水頭總水頭H測壓管水頭差總水頭差2345678910111213141516171819實驗數(shù)據(jù)處理及分析表2畢托管測速記錄計算表測點編號6/78/912/1314/1516/1718/19畢托管讀數(shù)測壓管讀數(shù)測點流速水頭測點流速①繪制測壓管水頭線、總水頭線（REF_Ref9142\h圖2）。②比較均勻流段同一斷面上的兩個測點2、3的測壓管水頭值的大??；比較非均勻流段（彎管段）同一斷面上的兩個測點10、11的測壓管水頭值的大小。③計算突然擴大和突然縮小的局部水頭損失并與理論值比較。④按文丘里流量計原理計算管路通過的流量并與實測值比較。圖2測壓管水頭線與總水頭線文丘里流量計實驗實驗?zāi)康蘑賹W(xué)會使用測壓管與U形差壓計的量測原理。②掌握文丘里流量計測量流量的方法與原理。③掌握文丘里流量計測定流量系數(shù)的方法。實驗原理文丘里流量計是一種測量有壓管流中液體流量的儀器，它由漸縮段、喉管與漸擴段三部分組成，見REF_Ref9972\h圖1。在漸縮段進口與喉管處分別安裝一根測壓管或連接一壓差計。若測得測壓管水頭差△h或水銀壓差計的水銀液面高差△hHg，由能量方程原理可計算得通過管道的流量和文丘里管的流量系數(shù)。設(shè)任選一基準(zhǔn)面0-0，選取漸縮管的進口斷面1-1與喉管斷面2-2為計算斷面。建立1-1、2-2斷面的伯努利方程，并取兩斷面管軸中心點為計算點，有： （1）建立1-1、2-2斷面的連續(xù)性方程： （2）由REF_Ref9534\h式（1）、REF_Ref9541\h式（2）可得： （3）式中z——被測點相對于基準(zhǔn)面的位置高度，cm；p——被測點的靜水壓強，Pa；——液體容重，Kg/m3；hw——兩斷面間的水頭損失，cm；——壓強水頭，cm；——流速水頭，cm，為動能修正系數(shù)。其中，稱為文丘里管常數(shù)，其值取決于文丘里管的結(jié)構(gòu)尺寸。實際流量與理論流量之比稱流量系數(shù)，即：。則實際流量為： （4）若測得測壓管水頭差，有，則 （5）實驗系統(tǒng)及裝置文丘里流量計實驗儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、恒壓水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、可控硅無級調(diào)速器、實驗管道、文丘里流量計、流量調(diào)節(jié)閥、接水盒、回水管、復(fù)式壓差計、滑動測量尺等組成，如圖1所示。圖1文丘里流量計實驗儀實驗步驟及方法①啟動電源供水，全開流量調(diào)節(jié)閥，排除管道內(nèi)的氣體。同時，觀察復(fù)式壓差計液面是否全部處于滑動測量尺標(biāo)尺讀數(shù)范圍內(nèi)，若是則進行步驟（三），否則按步驟（二）調(diào)整。②關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，待復(fù)式壓差計液面穩(wěn)定后逐次松開壓差計上的兩氣閥，使1、4測管液面大約為28.5cm，2、3測管液面大約為24.5cm后擰緊壓差計氣閥，然后全開流量調(diào)節(jié)閥，檢查壓差計液面在標(biāo)尺上的讀數(shù)范圍，直至符合要求為止。③校關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，檢查復(fù)式壓差計的壓差和是否為零，即?h=h1-h2+h3-h4=0。由于毛細現(xiàn)象的存在，容許校核時?h≤0.2cm。④全開流量調(diào)節(jié)閥，待流量穩(wěn)定后讀取復(fù)式壓差計讀數(shù)，同時測算流量，并記入表1中。⑤改變流量調(diào)節(jié)閥的開度，調(diào)節(jié)流量，重復(fù)步驟（四），測取6個不同的流量。⑥實驗完畢，關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，再次校核復(fù)式壓差計壓差和是否在容許誤差以內(nèi)。若超過容許誤差，則應(yīng)當(dāng)排除故障重新實驗，確認(rèn)無誤后關(guān)閉電源，將儀器恢復(fù)到實驗前狀態(tài)。實驗數(shù)據(jù)記錄記錄實驗基本參數(shù)：恒定液面高程：0，管道軸線高程：，管道直徑：d1，喉道直徑：d2。實驗數(shù)據(jù)記錄表見REF_Ref10203\h表1。表1文丘里流量計數(shù)據(jù)記錄表序號壓差計讀數(shù)（cm）體積V（cm3）時間t（s）h1h2h3h4123456實驗數(shù)據(jù)處理及分析表2文丘里流量計數(shù)據(jù)計算表序號實際流量Q(cm3/s)壓差(cm)理論流量(cm3/s)流量系數(shù)123456①根據(jù)測試與計算結(jié)果，在坐標(biāo)紙上繪制流量壓差曲線圖（Q～Δh）。②文丘里喉管中是否產(chǎn)生負(fù)壓，根據(jù)實驗如何減少文丘里管中喉管中的負(fù)壓？最大可能真空有多大？③文丘里管中流量系數(shù)的影響因素有那些？不可壓縮流體恒定流動的動量方程實驗實驗?zāi)康模ㄒ唬┦炀殤?yīng)用連續(xù)性方程、能量方程和管嘴出流的流量公式。（二）驗證不可壓縮流體恒定流動的動量方程。實驗原理本實驗中，流體通過一管嘴射出沖擊墻面，因此流體射出后的速度可采用由能量方程推出的管嘴出流的流量和流速公式計算： （1） （2）不可壓縮流體恒定流動動量方程： （3）忽略滑動摩擦阻力，則REF_Ref10700\h式（3）左邊為：，右邊為：，則： （4） （5）式中——液體容重，Kg/m3；D——活塞直徑，cm；hc——活塞形心水深，cm；Q——管嘴出流量，即射流流量，m3/s；1——動量修正系數(shù)；——管嘴出流流速，即射流流速，m/s；——射流對活塞沖擊力，N；——液體密度，Kg/m3。實驗中，在平衡狀態(tài)下，只要測得流量Q和活塞形心水深hc，由給定的管嘴直徑d和活塞直徑D，代入上式，便可驗證動量方程，并確定射流的動量修正系數(shù)值。實驗系統(tǒng)及裝置動量方程實驗儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、恒壓水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、水位調(diào)節(jié)板、管嘴、帶活塞和翼片的抗沖平板、測壓管、可控硅無級調(diào)速器、接水盒、回水管等組成，如圖1所示。REF_Ref11177\h圖2為帶活塞和翼片的抗沖平板的活塞退出活塞套時的示意圖。由圖中看出，活塞中心設(shè)有一細小導(dǎo)水管a，進口端伸出活塞頭部，出口方向與軸向垂直。在平板上設(shè)有翼片b，活塞套上設(shè)有泄流槽孔c，后接測壓管。當(dāng)水從管嘴射出時，在射流沖擊力的作用下，水流經(jīng)過導(dǎo)水管a向測壓管內(nèi)注水。當(dāng)射流沖擊力大于測壓管內(nèi)水柱對活塞的壓力時，活塞內(nèi)移，槽孔c關(guān)小，水流外溢減少，使測壓管內(nèi)的水位上升，水壓力增大；反之，活塞外移，槽孔開大，水流外溢增多，測壓管內(nèi)的水位降低，水壓力減少。在恒定射流沖擊下，經(jīng)短時間的自動調(diào)整，即可達到射流沖擊力和水壓力的平衡狀態(tài)。圖1動量方程試驗儀圖2帶活塞和翼片的抗沖平板實驗步驟及方法①調(diào)整測壓管位置。待恒定水箱溢流后，松開測壓管固定螺絲，調(diào)整方位，要求測壓管垂直、螺絲對準(zhǔn)十字中心且十字中心水平線應(yīng)與標(biāo)尺零點重合，并使活塞轉(zhuǎn)動輕快，然后擰緊螺絲。②測讀水位。標(biāo)尺的零點已固定在活塞圓心的高程上。當(dāng)測壓管內(nèi)液面穩(wěn)定后，記錄測壓管內(nèi)液面標(biāo)尺讀數(shù)即hc值，以及恒定水箱液面讀數(shù)H。③測定流量。利用體積時間法，在上回水管的出口處測量射流流量。測流時間要求盡可能長。④根據(jù)測試數(shù)據(jù)現(xiàn)場計算結(jié)果，要求β1介于1.02~1.05間。⑤改變作用水頭重復(fù)實驗。逐次打開不同高度上的溢水孔蓋，改變管嘴的作用水頭。調(diào)節(jié)調(diào)速器，使溢流量適中，待水頭穩(wěn)定后，按上述步驟重復(fù)進行實驗。⑥實驗完成后先關(guān)閉關(guān)閉電源，將儀器恢復(fù)到實驗前狀態(tài)。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理①記錄實驗基本參數(shù)：管嘴內(nèi)徑d，活塞直徑D。②實驗數(shù)據(jù)記錄與處理見REF_Ref11317\h表1。表1動量方程實驗數(shù)據(jù)記錄與處理表序號體積V時間t流量Q活塞作用水頭hc管嘴作用水頭H0射流流速動量力Fx動量修正系數(shù)管嘴流量系數(shù)12345實驗數(shù)據(jù)分析①動量修正系數(shù)是否等于1，為什么？②測壓管液面與管嘴作用水頭的關(guān)系如何？③帶翼片的平板在射流作用下獲得力矩，這對分析射流沖擊無翼片的平板沿x方向的動量方程有無影響，為什么？局部水頭損失實驗實驗?zāi)康蘑僬莆杖c法、四點法量測局部阻力系數(shù)的技能；②驗證圓管突然擴大局部阻力系數(shù)公式及突然縮小局部阻力系數(shù)經(jīng)驗公式；③加深對局部阻力損失機理的理解。實驗原理局部阻力或是由于邊界面積大小變化引起的邊界層分離現(xiàn)象產(chǎn)生，或是流動方向改變時形成的螺旋流動造成，或者兩者都存在造成的局部阻力，因此，很難能用一個公式表示。通常，局部水頭損失用局部阻力系數(shù)和流速水頭的乘積表示，即 HJ=ζv式中，ζ——局部水頭損失系數(shù)。由能量守恒定律有： ?j1?i大多數(shù)情況的局部阻力系數(shù)只能通過實驗測定，目前管道突然擴大的局部水頭損失系數(shù)可采用理論分析，得出足夠精確的結(jié)果。突然擴大的局部水頭損失可應(yīng)用動量方程、能量方程以及連續(xù)性方程聯(lián)合求解，得到 ?j=1?或 ?j=A式中，A1，v1——突然擴大前斷面的面積和平均流速；A2，v2——突然擴大后斷面的面積和平均流速，且A1<A2。對于突然縮小的局部阻力系數(shù)為： ζ=0.51?A實驗系統(tǒng)及裝置局部水頭損失實驗儀由自循環(huán)供水器(循環(huán)水泵）、實驗臺、無級調(diào)速器、水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、突然擴大與突然縮小實驗管道、測壓管、流量調(diào)節(jié)閥、接水盒、回水管等組成，如REF_Ref11673\h圖1所示。圖1局部水頭損失實驗儀實驗步驟及方法①熟悉實驗儀器并記錄相關(guān)基本參數(shù)。②打開電源供水，待水箱溢流恒定后全開流量調(diào)節(jié)閥，排除實驗管道內(nèi)氣體。管道內(nèi)氣體排凈后關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，檢查測壓管液面是否齊平。③全開流量調(diào)節(jié)閥，待流量穩(wěn)定后，采用時間體積法測算流量，并計算通過各管段的流速，同時讀取測壓管液面高度。④調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥開度，逐級放大流量，重復(fù)步驟（三），測試5組流量，記錄數(shù)據(jù)到REF_Ref11755\h表1中。⑤關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥，再次檢查測壓管液面是否齊平。若未齊平，則需重新實驗。齊平后關(guān)閉電源，將儀器恢復(fù)到實驗前狀態(tài)。實驗數(shù)據(jù)記錄①記錄實驗基本參數(shù)：測點管段直徑：d1、d2、d3、d4、d5、d6；測點間距：L1-2、L2-3、L3-4、L4-b、Lb-5、L5-6。②實驗記錄表1局部水頭損失實驗測試數(shù)據(jù)記錄表序號體積V時間t流量Q測壓管讀數(shù)12345612345實驗數(shù)據(jù)處理及分析①實驗數(shù)據(jù)計算對于1-2斷面，突然擴大的局部阻力損失實測值為： ?j1?2=其中： ?f1?2=1對于4-5斷面，突然縮小的局部阻力損失實測值為： ?j4?5=其中： ?f4?B ?f3?5=表2局部水頭損失實驗數(shù)據(jù)處理表阻力形式序號流量Q前斷面后斷面前后斷面沿程阻力損失hf實測局部阻力損失值hj實測局部阻力系數(shù)ζα總水頭Hα總水頭H突然擴大12345突然縮小12345②結(jié)合實驗成果，分析比較突然擴大與突然縮小在相應(yīng)條件下的局部損失大小關(guān)系。③結(jié)合流動儀演示的水力觀象，分析局部阻力損失機理何在？產(chǎn)生突然擴大與突然縮小局部損失阻力損失的主要部位在哪里?怎樣減小局部阻力損失?恒定孔口、管嘴出流實驗實驗?zāi)康蘑倮斫饪卓诤凸茏斐隽鞯奶攸c；②掌握孔口與管嘴出流的流量系數(shù)、流速系數(shù)、側(cè)收縮系數(shù)、局部阻力系數(shù)的量測技能；③通過測試，了解進口形狀對孔口管嘴出流能力的影響。實驗原理在容器上開孔，流體經(jīng)孔口流出的水力現(xiàn)象稱孔口出流。根據(jù)能量方程可推得以下流量公式： Q=Av=εAφ2gH μ=εφ=ε1+式中H0——包括行徑流速和液面壓強在內(nèi)的孔口中心線上的作用水頭，cm；ξ——孔口處的局部阻力系數(shù)；ε——收縮系數(shù)，ε=AcAc——收縮斷面面積，cm2；φ——流速系數(shù)；μ——在容器孔口斷面上接一段長l=(3～4)d管徑的管嘴，流體經(jīng)此管嘴并在出口斷面充滿整個管嘴斷面的出流現(xiàn)象稱管嘴出流。管嘴出流的流量和流量系數(shù)的計算方法、公式與孔口出流相同，但流量系數(shù)有所不同。 Q=Av=A2gH0本實驗中，若不考慮水頭損失，按理想流體可得管嘴或孔口的理論流量： Q理論=A2gH0則流量系數(shù)為： =Q實測Q理論實驗系統(tǒng)及裝置孔口與管嘴出流實驗儀由自循環(huán)供水器（循環(huán)水泵）、實驗臺、無級調(diào)速器、水箱、溢流板、穩(wěn)水孔板、孔口、管嘴、擋水旋板、移動觸頭、上回水槽、標(biāo)尺、測壓管、接水盒、回水管等組成，如REF_Ref12450\h圖1所示。圖1孔口管嘴出流實驗儀1—自循環(huán)供水器；2—實驗臺；3.可控硅無極調(diào)速器；4.恒壓水箱；5.溢流板；6.穩(wěn)水孔板；7.孔口管嘴（圖內(nèi)小字標(biāo)號1#圓角形管嘴，2#直角形管嘴，3#圓錐形管嘴，4#孔口）；8.檔水旋板；9.測量孔口射流收縮直徑的移動觸頭；10.上回水槽；11.標(biāo)尺；12.測壓管實驗步驟及方法①熟悉實驗儀器并記錄相關(guān)基本參數(shù)。②啟動電源供水，待恒壓水箱溢流后打開1#圓角管嘴，恒定液面穩(wěn)定后測記恒定液面高程標(biāo)尺讀數(shù)H1、流量Q，完畢后堵塞1#管嘴。③打開2#管嘴，測記恒定液面高程標(biāo)尺讀數(shù)H1及流量Q，觀察和量測直角管嘴出流時的真空度，完畢后堵塞2#管嘴。④打開3#圓錐形管嘴，測記H1及Q，完畢后堵塞3#管嘴。⑤打開4#孔口，觀察孔口出流現(xiàn)象，測定H1及Q，并照下述方法測記孔口收縮斷面直徑：松開孔口兩邊的移動觸頭螺絲，先移動一邊觸頭將其與水股切向接觸后旋緊螺絲，再移動另一邊觸頭使之與水股切向接觸并旋緊螺絲，然后用檔水旋板關(guān)閉孔口，用卡尺測量觸頭間距，即為射流直徑。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理①記錄相關(guān)基本參數(shù)：圓角管嘴d1，出口高程讀數(shù)z1；直角管嘴d2，出口高程讀數(shù)z2；圓錐管嘴d3，出口高程讀數(shù)z3；孔口d4，出口高程讀數(shù)z4。②完成REF_Ref12578\h表1。表1孔口管嘴出流實驗數(shù)據(jù)記錄與處理表分類項目1#圓角管嘴2#直角管嘴3#圓錐管嘴4#孔口水面讀數(shù)H1體積V時間t流量Q平均流量Q作用水頭H0面積A流量系數(shù)測管讀數(shù)H2真空度Hv收縮直徑dc收縮斷面Ac收縮系數(shù)ε流速系數(shù)φ阻力系數(shù)ξ實驗數(shù)據(jù)分析①分析孔口出流與管嘴出流流量系數(shù)的影響因素。②結(jié)合觀測不同類型孔口管嘴出流流股特征，分析流量系數(shù)不同的原因及增大過流能力的途徑。堰流實驗實驗?zāi)康蘑倮斫庹莆毡”谘?、實用堰與寬頂堰堰流的水力特征、功能和流量計算的基本方法。②掌握測量薄壁堰與實用堰流量Q、流量系數(shù)m和淹沒系數(shù)的實驗技能，并測定無側(cè)收縮寬頂堰的m及值。③觀察有坎、無坎寬頂堰或?qū)嵱醚叩乃鳜F(xiàn)象，理解下游水位變化對寬頂堰過流能力的影響作用。實驗原理堰的分類根據(jù)堰墻厚度或頂長與堰上水頭的比值不同而分成三種：薄壁堰（/<0.67）；實用堰（0.67</<2.5）；寬頂堰（2.5</<10）。實驗時需檢驗/是否在相應(yīng)范圍內(nèi)。堰流流量公式 自由出流 （1） 淹沒出流 （2）式中——流量，m3/s；——淹沒系數(shù)，——堰流流量系數(shù)，——堰寬，m；——總作用水頭，m。由自由出流流量公式知，只要測定、，則可得出堰流流量系數(shù)值。堰流流量系數(shù)經(jīng)驗公式（1）圓角進口寬頂堰 （當(dāng)≥3時，=0.36） （3）式中P1——堰上作用水頭，m。（2）直角進口寬頂堰 （當(dāng)≥3時，=0.32） （4）堰上總作用水頭本實驗需測記渠寬、上游渠底高程、堰頂高程、寬頂堰厚度、流量、上游水位及下游水位。進而按下列各式計算確定上游堰高、行近流速、堰上作用水頭和總作用水頭： （5） （6） （7） （8）實驗系統(tǒng)及裝置堰流實驗儀由水泵循環(huán)供水系統(tǒng)、水槽、測針、三角堰、寬頂堰或?qū)嵱醚?、尾門等部分組成，見REF_Ref6456\h圖1。實驗采用自循環(huán)水泵系統(tǒng)供水，回水儲存在蓄水箱15中。實驗時，由水泵14向?qū)嶒炈?供水，水流經(jīng)三角形薄壁堰量水槽5流回到蓄水箱15中，水槽首部有穩(wěn)水、消波裝置，末端有多孔尾門及尾門升降機構(gòu)。槽中可換裝各種堰閘模型。堰閘上下游以及三角形薄壁堰量水槽水位分別用測針3與6測量。圖1堰流實驗裝置1—有機玻璃實驗水槽；2—穩(wěn)水孔板；3、測針；4、實驗堰；5、三角堰量水槽；6、三角堰水位測針筒；7、多孔尾門；8、尾門升降輪；9、支架；10、旁通管微調(diào)閥門；11、旁通管；12、供水管；13、供水流量調(diào)節(jié)閥門；14、水泵；15、蓄水箱圖2水位測針實驗步驟及方法實驗步驟及方法（以寬頂堰為例）①熟悉實驗儀器，記錄有關(guān)參數(shù)。②根據(jù)實驗要求流量，調(diào)節(jié)閥門13和下游尾門開度，使之形成堰下自由出流，同時滿足2.5</H<10的條件。待水流穩(wěn)定后，觀察寬頂堰自由出流的流動情況，定性繪出其水面線。③用測針測量堰的上、下游水位，在實驗過程中不允許旋動測針針頭。④待三角形薄壁堰和測針筒中的水位完全穩(wěn)定后（約5分鐘左右），測記測針筒中水位。⑤改變進水閥門開度，測量3組流量下的實驗參數(shù)，計算流量系數(shù)m。⑥調(diào)節(jié)尾門，抬高下游水位，使寬頂堰成淹沒出流。判別淹沒出流的條件是≥0.8，其中為下游水位超過堰頂?shù)母叨?。可調(diào)節(jié)尾門改變尾水位高度，以形成自由出流或淹沒出流實驗流態(tài)。測記流量Q及上、下游位。改變流量重復(fù)2次。⑦由REF_Ref13731\h式（2）計算淹沒系數(shù)。通過變換不同堰體，演示各種堰流水力現(xiàn)象及其下游水面銜接形式。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理①記錄相關(guān)基本參數(shù)：渠寬b，寬頂堰厚度δ，上游渠底高程，堰頂高程，上游堰高，上游水位及下游水位。三角堰流量公式： （9） （10）式中——三角堰堰頂水位（實測），m；——堰頂高程（實驗時為常數(shù)），m；——率定常數(shù)，標(biāo)明于設(shè)備銘牌上。②完成REF_Ref17661\h表1。實驗數(shù)據(jù)分析①測量堰上水頭值時，堰上游水位測針讀數(shù)為何要在堰壁上游（3~4）附近處測讀？②為什么寬頂堰要在2.5</<10的范圍內(nèi)進行實驗？③有哪些因素影響實測流量系數(shù)的精度？如果行近流速水頭略去不計，對實驗結(jié)果會產(chǎn)生何種影響。表1堰流實驗數(shù)據(jù)記錄表堰頂高程實測流量堰上游水位堰上作用水頭行進流速流速水頭堰頂總水頭流量系數(shù)堰下游水位下游水位超頂高淹沒系數(shù)實測值經(jīng)驗值實測值經(jīng)驗值寬頂堰實用堰三角堰通風(fēng)機性能實驗實驗?zāi)康蘑倭私怆x心風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點和工作原理；②熟悉風(fēng)機各項性能參數(shù)及其測試方法；③繪制特定轉(zhuǎn)速下的離心風(fēng)機的性能曲線。實驗原理在轉(zhuǎn)速n不變時，一個流量Q對應(yīng)一組p、N、η值，分別測定在不同流量時各組的p、N、η值，將測值光滑地連接起來就得到p-Q曲線、N-Q曲線和η-Q曲線。下面分別講述這些參數(shù)的測定方法。①動壓

Pd

、風(fēng)量Q的測試用畢托管和微壓計測定動壓和流量Q，其測試方法參見《風(fēng)管內(nèi)風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量的測定》，其公式為 pdcm=p v=2p或用DF-3型熱球風(fēng)速儀、386多參數(shù)通風(fēng)表直接測量風(fēng)管里的風(fēng)速，再計算出平均風(fēng)速v， v=v1平均動壓pdcm pdcm=ρ Q=VA （5）②風(fēng)壓p p＝p+1.15pd （6）式中p——風(fēng)機風(fēng)壓，又稱風(fēng)機全壓，Pa；Pi——靜壓，Pa；pd——平均動壓，Pa?？紤]到從風(fēng)機出口至靜壓測點存在著壓力損失，所以用0.15pd加以修正。此值很小，一般也可忽略不計。③功率N風(fēng)機的功率通常指輸入功率，即原動機傳到風(fēng)機軸上的功率，故稱軸功率，用N表示。本實驗中軸功率采用平衡電機法，即 N=Mω （7） ω=2πn/60 （8） M=FL=mgL （9）式中M——作用在風(fēng)機軸上的力矩，也就是作用再電機軸上的反力矩，J；m——臺秤的讀數(shù)，kg；g——重力加速度，取9.81m/s2；L——力臂長度，即砝碼中心至電機中心的距離，m；n——電機的轉(zhuǎn)速，r/min。④效率η風(fēng)機的輸出功率又稱有效功率Ne，它表示單位時間內(nèi)氣體從風(fēng)機中獲得的實際能量，等于風(fēng)壓與流量的乘積。效率表示輸出的軸功率N被氣體所利用的程度。 η=NEN=實驗裝置圖1實驗裝置示意圖壓力測試①畢托管②微壓計③手持式數(shù)值壓力表④熱球風(fēng)速儀⑤通風(fēng)表⑥U型管⑦空盒氣壓表功率測試①臺秤②機械轉(zhuǎn)速表和激光轉(zhuǎn)速表實驗步驟和方法①記錄各項實驗參數(shù)，計算出空氣密度。②將閥門關(guān)閉，開啟風(fēng)機，此時Q=0，測定零流量時的p、N值。對離心風(fēng)機，此時功率N最小，η＝0。③逐漸加大閥門開度，每加大一次開度，測定一組Q、p、N值和計算一次η值；逐次加大開度可得出不同流量Q下的p、N、η值。④將實驗結(jié)果點繪在坐標(biāo)紙上，再將測值點光滑地連接起來即為轉(zhuǎn)速

n

下的

p-Q

曲線、N-Q曲線、η﹣Q曲線。注意事項：①同一工況下不可改變閥門開度；②使用傾斜式微壓計讀數(shù)時若液面上下波動取其平均值；③改變閥門開度和將畢托管伸入風(fēng)管時，密切關(guān)注液柱是否可能超出量程。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1實驗原始記錄及數(shù)據(jù)計算結(jié)果風(fēng)機型號：空氣密度ρ:斷面面積A:大氣壓B:風(fēng)管內(nèi)溫度t:風(fēng)管管徑D:力臂長度L：重力加速度g=9.8lm/s2工況風(fēng)量Q測定風(fēng)壓測定有效功率Ne軸功率N測定效率η平均動壓pdcm平均風(fēng)速v（m/s）風(fēng)量Q（m3/h）靜壓pj（Pa）全壓p（Pa）臺秤讀數(shù)m（kg）力矩M（J）風(fēng)機轉(zhuǎn)速n（r/min）角速度ω(s-1)軸功率N(W)123456實驗數(shù)據(jù)分析①樣本上的同類風(fēng)機性能曲線對比，分析異同點以及產(chǎn)生不同的原因？②你認(rèn)為如何提高測試精度？③風(fēng)機全壓曲線和靜壓曲線有何差異？風(fēng)管中風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)速測定實驗實驗?zāi)康娘L(fēng)管/水管內(nèi)壓力、流速、流量量的測定是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的基本技能之一。通過本實驗要求：①②③④實驗原理畢托管加微壓計測壓法測試原理測試過程中，首先選定管內(nèi)氣流比較平穩(wěn)的斷面作為測定界面，為了測斷面的靜壓、全壓，經(jīng)斷面劃分為若干個等面積圓環(huán)或小矩形（本實驗為獲取較高精度的測試結(jié)果，將等面積小矩形設(shè)定為100x100mm）,然后用畢托管和微壓計測得斷面上個測點的靜壓和風(fēng)管中心的全壓，并計算平均動壓Pjp、平均全壓Pqp，由此計算Pdp及管中風(fēng)量L： Pjp=P Pqp=P PqpPjpPdp （3）管內(nèi)均速： Vdp=2風(fēng)管總風(fēng)量： LFVP （5）式中，n——斷面上的測點數(shù)；F——斷面面積，㎡。畢托管測試的適用范圍適用畢托管及微壓計測量管內(nèi)風(fēng)量是基本方法，精度較高。本測定裝置多功能實驗裝置，除可測定風(fēng)管內(nèi)氣流的壓力、流速及流量外，還設(shè)有電加熱器、換熱器來測定換熱量、空氣阻力等。圖1管道內(nèi)風(fēng)速測量裝置1—集流器；2—靜壓環(huán)；3-整流器 4-風(fēng)量測定儀 5-電加熱器6-流行測壓器 7-熱電偶均衡器9-壓力測量器10-實驗試件11-調(diào)節(jié)閥 12-風(fēng)機 13-電機實驗系統(tǒng)及裝置系統(tǒng)的測試擬采用畢托管和微壓計測壓法進行。畢托管、微壓計測壓使用方法①準(zhǔn)備好畢托管、微壓計和連接膠管，并對微壓計進行水平校正和傾斜管中的液面凋零。②選擇好測量位置，并在風(fēng)管壁上打測量孔。③判斷測量位置處的風(fēng)管是正壓還是負(fù)壓。正壓是指管內(nèi)靜壓大于管外大氣壓，測量孔有氣流流出；負(fù)壓是指管內(nèi)靜壓小于管外大氣壓，在測量孔處有空氣流人。風(fēng)機吸入段的風(fēng)管一般為負(fù)壓管路，而風(fēng)機壓出段為正壓管路。（1）正壓管路的連接方法①測全壓：用橡膠管將畢托管的全壓接口與微壓計容器側(cè)的接口相連，微壓計的傾斜管接口與大氣相通。②測靜壓：用橡膠管將畢托管的靜壓接口與微壓計容器側(cè)的接口相連，微壓計的傾斜管接口與大氣相通。③測動壓：用橡膠管將畢托管的全壓接口與微壓計容器側(cè)的接口相連，畢托管的靜壓接口與微壓計的傾斜管接口相連。（2）負(fù)壓管路的連接方法①測全壓：用橡膠管將畢托管的全壓接口與微壓計的傾斜管接口相連，微壓汁的容器側(cè)的接口與大氣相通。②測靜壓：用橡膠管將畢托管的靜壓接口與微壓計的傾斜管接口相連，微壓計容器側(cè)的接口與大氣相通。③測動壓：用橡膠管將畢托管的全壓接口與微壓計容器側(cè)的接口相連，畢托管的靜壓接口與微壓計的傾斜管接口相連。根據(jù)風(fēng)管的性質(zhì)，連接畢托管和微壓計。熱球風(fēng)速儀原理及使用方法熱球式風(fēng)速儀以測量風(fēng)速為基本功能。其測定范圍為0.05～10m/s這是一種便攜式、智能化、多功能的低風(fēng)速測量基本儀表。風(fēng)速儀是由熱球式測桿探和測量儀表兩部分組成。探頭有一個直徑0.6mm的玻璃球，球內(nèi)繞有加熱玻璃球用的鎳鉻絲圈和兩個串聯(lián)的熱電偶。熱電偶的冷端連接在磷銅質(zhì)的支柱上，直接暴露在氣流中。當(dāng)一定大小的電流通過加熱圈后，玻璃球的溫度升高。升高的程度和風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速小時升高的程度大；反之，升高的程度小。升高程度的大小通過熱電偶在電表上指示出來。根據(jù)電表的讀數(shù)，查校正曲線，即可查出所的風(fēng)速（m/s）。注意：各儀表需在實驗指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下熟悉，并學(xué)會有關(guān)操作方法。實驗步驟及方法①丈量風(fēng)管斷面尺寸及各測定斷面距附近局部阻力的距離。②啟動風(fēng)機，關(guān)小調(diào)節(jié)閥，使系統(tǒng)在較小風(fēng)量下進行。③調(diào)節(jié)風(fēng)機頻率，維持在60Hz下運行穩(wěn)定后，用畢托管測出并記錄各測點的靜壓Pj、全壓值Pq并計算出各斷面動壓值Pd及風(fēng)速V1，并計算風(fēng)管風(fēng)量Q1。④采用熱球風(fēng)速儀測量并記錄風(fēng)管斷面風(fēng)速V1′，并計算風(fēng)管風(fēng)量Q1′。⑤改變風(fēng)機頻率，使其維持在50Hz下運行穩(wěn)定后，用畢托管測出并記錄各測點的靜壓Pj、全壓值Pq并計算出各斷面動壓值Pd及風(fēng)速V2，并計算風(fēng)管風(fēng)量Q2。⑥采用熱球風(fēng)速儀測量并記錄風(fēng)管斷面風(fēng)速V2′，并計算風(fēng)管風(fēng)量Q2′.⑦停止風(fēng)機運行，將測定裝置復(fù)原。實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1管道內(nèi)壓力風(fēng)速風(fēng)量的測定記錄表測定日期：空氣壓力：B=KPa頻率： 50空氣溫度：t=HZ℃風(fēng)管尺寸：風(fēng)管面積：進風(fēng)管一：進風(fēng)管1風(fēng)管尺： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)123456789進風(fēng)管2： 風(fēng)管尺： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)123456789排風(fēng)管： 風(fēng)管尺寸： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)12345678表2管道內(nèi)壓力風(fēng)速風(fēng)量的測定記錄表測定日期：空氣壓力：B=KPa頻率： 60空氣溫度：t=HZ℃風(fēng)管尺寸：風(fēng)管面積：進風(fēng)管一：進風(fēng)管1風(fēng)管尺： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)123456789進風(fēng)管2風(fēng)管尺： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)123456789排風(fēng)管： 風(fēng)管尺寸： 管積：測點畢托管法（K=0.2）熱球風(fēng)速儀Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m3/h)Vd2(m/s)Q(m3/h)123456789實驗數(shù)據(jù)分析液體輸配管網(wǎng)減阻實驗實驗?zāi)康乃軆?nèi)壓力、流速、流量的測定是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)該掌握的基本技能之一，液體管網(wǎng)內(nèi)流動阻力對輸配能耗影響較大，降低液體管網(wǎng)輸配能耗對建筑節(jié)能具有重要意義。通過本實驗要求：①了解液體輸配管網(wǎng)減阻技術(shù)和減阻意義。②學(xué)會應(yīng)用水表測定管內(nèi)流量的方法。③掌握用精密壓力表及U型壓差計測定水管中流動阻力的方法。④掌握減阻率的測試和計算方法。⑤探索不同流量下減阻率的變化規(guī)律。⑥探索溫度改變情況下減阻率的變化規(guī)律。實驗原理①管內(nèi)流量的計算：Q②在管徑不變時，由于流動阻力的存在，流動下游靜壓水頭小于上游靜壓水頭，故實驗中可以觀測到沿程靜壓力逐漸降低。通過U型壓力計兩端水柱的高差可計算各段沿程壓降（需考慮位置水頭的變化）；電磁式壓力表同樣可反映壓降情況。但由于儀器精度不足，電磁式壓力表讀數(shù)可作為參考值而不進入最終數(shù)據(jù)分析。③各工況減阻率可按左右兩側(cè)對應(yīng)壓降值求平均值，即： ?%=?p式中?%——減阻率，%?pi——某工況下，未減阻管段測試壓降值，mm?pi'i——分別對應(yīng)水泵頻率為50Hz，40Hz，30Hz時三個工況。④計算實驗管段左右兩側(cè)的實際比摩阻R實和R減，并與理論比摩阻R理進行比較。理論比摩阻R R實=ρ式中?pi——某工況下，管段測試