熱物理基礎(chǔ)實驗講義

1、第一章 工程熱力學1-1 空氣絕熱指數(shù)的測定實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^測量絕熱膨脹和定容加熱過程中空氣的壓力變化，計算空氣絕熱指數(shù)。理解絕熱膨脹過程和定容加熱過程以及平衡態(tài)的概念。二、實驗原理氣體的絕熱指數(shù)定義為氣體的定壓比熱容與定容比熱容之比，以k表示，即。本實驗利用定量空氣在絕熱膨脹過程和定容加熱過程中的變化規(guī)律來測定空氣的絕熱指數(shù)k。實驗過程的p-v圖如圖1所示。圖中ab為絕熱膨脹過程；bc為定容加熱過程。圖1 等容和絕熱過程ab為絕熱過程， （1）bc為定容過程， （2）假設(shè)狀態(tài)a和c溫度相同，則。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，對于狀態(tài)a、c可得： （3）將（3）式兩邊k次方得： （4）由（1）、

2、（4）兩式得，再兩邊取對數(shù)，得： （5）因此，只要測出a、b、c三狀態(tài)下的壓力且將其代入（5）式，即可求得空氣的絕熱指數(shù)k。三、實驗裝置空氣絕熱指數(shù)測定儀由剛性容器，充氣閥、排氣閥和u型差壓計組成，如圖2所示?？諝饨^熱指數(shù)測定儀以絕熱膨脹和定容加熱兩個基本熱力過程為工作原理，測出空氣絕熱指數(shù)。整個儀器簡單明了，操作簡便，有利于培養(yǎng)學生運用熱力學基本和公式從事實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理的工作能力，從而起到鞏固和深化課堂教學內(nèi)容的實際效果。圖2 空氣絕熱指數(shù)測定裝置示意圖1有機玻璃容器；2進氣及測壓三通；3型壓力計；4氣囊；5放氣閥門。四、實驗步驟實驗對裝置的氣密性要求較高。因此，在實驗開始時，應(yīng)檢查其氣

3、密性。通過充氣閥對剛性容器充氣，使u型壓差計的水柱達到左右，記下值，5分鐘后再觀察值，看是否發(fā)生變化。若不變化，說明氣密性滿足要求；若變化，說明裝置漏氣。若漏氣，檢查管路連接處，排除漏氣。若不能排除，則報告老師做進一步處理。此步驟一定要認真，否則將給實驗結(jié)果帶來較大的誤差。氣密性檢查完畢后可開始實驗。分以下幾步進行：首先使大容器內(nèi)的氣體達到狀態(tài)a點。關(guān)閉放氣閥，利用充氣閥（即橡皮球）進行充氣。使u型差壓計的兩側(cè)有一個比較大的差值。等待一段時間，u型差壓計的讀數(shù)不再變化以后，記錄下這時u型差壓計的讀數(shù)，則，為大氣壓力。然后進行放氣使大容器內(nèi)的氣體由a點達到狀態(tài)b點。這是一個絕熱過程，因此放氣的過

4、程一定要快，使放氣過程中容器內(nèi)氣體和外界的熱交換可以忽略。轉(zhuǎn)動排氣閥進行放氣，并迅速關(guān)閉排氣閥。這時u型差壓計內(nèi)讀數(shù)在劇烈震蕩不易讀數(shù)，等u型差壓計讀數(shù)剛趨于穩(wěn)定時立刻讀出值，。繼續(xù)等待u型差壓計的讀數(shù)變化。等到讀數(shù)穩(wěn)定后，讀取值，。穩(wěn)定過程需要幾分鐘。利用k_check.exe軟件檢查所測的實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件給出的結(jié)果總結(jié)操作中應(yīng)該注意的問題。重復上述步驟，多做幾遍，進行數(shù)據(jù)處理。五、數(shù)據(jù)記錄及處理序號狀態(tài)a狀態(tài)b狀態(tài)ck123六、思考問題：1. 放氣操作時應(yīng)注意什么？原因是什么？2. 把實驗結(jié)果與標準值做比較，并分析造成誤差的原因是什么。3. 實驗操作中的一個難點是讀值，試分析的誤差對結(jié)果

5、的影響附：k_check軟件使用方法：k_check軟件是本實驗室編制的一個檢查實驗數(shù)據(jù)的小程序。程序運行后，根據(jù)提示首先輸入大氣壓值，然后依次輸入，值，程序就會給出計算出的絕熱指數(shù)k。如果有幾組數(shù)據(jù)需要檢查，繼續(xù)輸入下一組，值即可。1-2 飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗一、 實驗?zāi)康耐ㄟ^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，從而建立液體溫度達到對應(yīng)液面壓力的飽和溫度時，沸騰便會發(fā)生的基本概念通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽p-t關(guān)系圖表的編制方法觀察小容積的泡態(tài)沸騰現(xiàn)象二、 實驗設(shè)備圖 11 電接點壓力表 2 保溫棉 3 密封容器 4 觀察窗 5 電加熱器6 機殼 7 調(diào)壓器

6、 8 溫度計 9 測溫管 10 蒸餾水本實驗使用可視性飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗儀。實驗裝置主要由加熱密封容器（產(chǎn)生飽和蒸汽）、電接點壓力表、調(diào)壓器（0220v）、電壓表、水銀溫度計（0200）、測溫管（管底注入少量機油，用來傳遞和均勻溫度）和透明玻璃窗等組成（參見圖1）。采用電接點壓力表的目的，在于使用中能限制壓力的意外升高，起到安全保護作用。三、實驗原理考察水在定壓下加熱時水的狀態(tài)的變化過程。隨著熱量的加入，水的溫度不斷升高。當溫度上升到某溫度值t時水開始沸騰。此沸騰溫度稱為該壓力下的飽和溫度。同樣，此時的壓力稱為飽和壓力。繼續(xù)加熱，水中不斷產(chǎn)生水蒸汽，隨著加熱過程的進行，水蒸汽不斷增加，

7、直至全部變?yōu)檎羝_到干飽和蒸汽狀態(tài)。對干飽和蒸汽繼續(xù)加熱，由蒸汽的溫度由飽和溫度逐漸升高。水在汽化過程中，呈現(xiàn)出五種狀態(tài)，即未飽和水、飽和水、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽。在汽化階段，處于汽液兩相平衡共存的狀態(tài)，它的特點是定溫定壓，即一定的壓力對應(yīng)著一定的飽和溫度，或一定的溫度對應(yīng)著一定的飽和壓力。四、實驗方法和步驟熟悉實驗裝置的工作原理、性能和使用方法將調(diào)壓器指針置于零位，然后接通電源。將電接點壓力表的上限壓力指針撥到稍高于最高試驗壓力（如：0.7mpa）的位置。將調(diào)壓器輸出電壓調(diào)至170v，待蒸汽壓力升至接近于第一個待測定的壓力值時，將電壓降至20-50v左右（參考值）。由于熱慣性

8、，壓力將會繼續(xù)上升，待工況穩(wěn)定（壓力和溫度基本保持不變）時，記錄下蒸汽的壓力和溫度。重復上述實驗，在00.6pa（表壓）范圍內(nèi)，取5個壓力值，順序分別進行測試。實驗點應(yīng)盡可能分布均勻。實驗完畢后，將調(diào)壓器指針旋回零位，并斷開電源。記錄實驗環(huán)境的溫度和大氣壓力b。注意事項：本裝置允許使用壓力為0.8mpa（表壓），不可超壓操作。五、數(shù)據(jù)記錄和處理記錄與計算數(shù)據(jù)記錄表 大氣壓力b 序 號飽和壓力 mpa飽和溫度 誤 差參考壓力值壓力表讀值絕對壓力溫度計讀數(shù)值標準值t10.220.330.440.550.6繪制 p - t 關(guān)系曲線將實驗結(jié)果在p - t坐標系中標出，清除特殊偏離點，繪制曲線。整理經(jīng)

9、驗公式將實驗點繪制在雙對數(shù)坐標中，實驗曲線將基本呈一直線，所以飽和水蒸汽壓力和溫度的關(guān)系可近似整理成下列經(jīng)驗公式：思考問題1調(diào)節(jié)調(diào)壓器時應(yīng)注意什么問題？2把實驗結(jié)果與標準值做比較，并分析造成誤差的原因1-3 氣體定壓比熱的測定氣體定壓比熱的測定是工程熱力學的基本實驗之一。實驗中涉及溫度、壓力、熱量（電功）、流量等基本量的測量；計算中用到比熱及混合氣體（濕空氣）方面的基本知識。本實驗的目的是增加熱物性實驗研究方面的感性認識，促進理論聯(lián)系實際，以利于培養(yǎng)同學分析問題和解決問題的能力。一、 實驗?zāi)康牧私鈿怏w比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法掌握由基本數(shù)據(jù)計算出比

10、熱值和求得比熱公式的方法分析本實驗產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑圖 11 比熱儀主體 2 溫度計 3 流量計 4 風機 5 溫度計 6 節(jié)流閥 7 電功率表 8 調(diào)壓變壓器 二、 實驗裝置比熱（）。氣體的流量由節(jié)流閥控制，氣體出口溫度由輸入電熱器的功率來調(diào)節(jié)。本比熱儀可測300以下氣體的定壓比熱。三、實驗步驟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。摘下流量計上的溫度計，開動風機，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（）和濕球溫度（）。圖 2 1 多層杜瓦瓶 2 電熱器3 均流網(wǎng) 4 絕緣墊5 旋流片 6 混流網(wǎng)7 出口溫度計冷空氣熱空氣將溫度

11、計插回流量計，調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近。逐漸提高電熱器功率，使出口溫度升至預計溫度 可以根據(jù)下式預先估計所需電功率：。式中，w為電熱器輸入電功率（瓦）；為進出口溫度差（）；為每流過10升空氣所需時間（秒）。待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘之內(nèi)無變化或有微小起伏，即可視為穩(wěn)定），讀出下列數(shù)據(jù)：每10升氣體通過流量計所需時間（，秒）；比熱儀進口溫度（，）-即流量計的出口出口溫度；出口溫度（，）；當時相應(yīng)的大氣壓力（b，毫米汞柱）和流量計出口處的表壓（，毫米水柱）；電熱器的輸入功率（w，瓦）。根據(jù)流量計出口空氣的干球溫度和濕球溫度，從濕空氣的干濕圖查出含濕量（d，克/公斤干空氣），并根據(jù)下

12、式計算出水蒸汽的容積成分：根據(jù)電熱器消耗的電功率，可算得電熱器單位時間放出的熱量： kj/秒干空氣流量（質(zhì)量流量）為： 公斤/秒水蒸汽流量為： 公斤/秒水蒸汽吸收的熱量為： kj/秒干空氣的定壓比熱為： kj/（公斤）五、四、數(shù)據(jù)記錄和處理bw注意事項切勿在無氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞比熱儀主體。輸入電熱器的電壓不得超過220伏。氣體出口最高溫度不得超過300。加熱和冷卻要緩慢進行，防止溫度計和比熱儀主體因溫度驟升驟除而破裂。停止實驗時，應(yīng)先切斷電熱器，讓風機繼續(xù)運行十五分鐘左右（溫度較低時可適當縮短）。1-4 二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及p-v-t關(guān)系測定實驗一、實驗

13、目的及內(nèi)容了解co2臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認識加深對課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解掌握co2的pvt關(guān)系的測定方法，學會用實驗測定實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧學會活塞式壓力計、恒溫器等熱工儀器的正確使用方法圖 1測定co2的 p-t 關(guān)系。在 p- 坐標中繪出低于臨界溫度（t=20）、臨界溫度（t=31.1）和高于臨界溫度（t=50）的三條等溫曲線，并與標準實驗曲線及理論計算值相比較，并分析其差異原因。測定co2在低度于臨界溫度時（t=25，27）飽和溫度和飽和壓力之間的對應(yīng)關(guān)系，并與圖4中的曲線比較。觀測臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊

14、的現(xiàn)象汽液整體相變現(xiàn)象測定co2的、等臨界參數(shù)，并將實驗所得的值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比較，簡述其差異原因。二、實驗設(shè)備整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和試驗臺本體及其防護罩等三大部分組成（如圖所示）。試驗臺本體如圖所示。對簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)p、t之間有： 或 (1)圖 21 高壓容器 2 玻璃杯 3 壓力油 4 水銀 5 密封填料 6 填料壓蓋 7 恒溫水套 8 承壓玻璃管 9 co2空間10 溫度計。恒溫水恒溫水本試驗就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來測定co2的p-之間的關(guān)系，從而找出co2的p-t關(guān)系。實驗中，由壓力臺送來的壓力油進入高壓

15、容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入預先裝了co2氣體的承壓玻璃管，co2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺上的活塞桿的進、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。實驗工質(zhì)二氧化碳的壓力，由裝在壓力臺上的壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來測量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面不變等條件換算得出。三、實驗步驟按圖1裝好試驗設(shè)備，并開啟試驗本體上的日光燈恒溫器準備及溫度調(diào)定將蒸鎦水注入恒溫器內(nèi)，注至離蓋3050mm。檢查并接通電路，開動電動泵，使水循環(huán)對流。旋轉(zhuǎn)電接點溫度計頂端的帽形磁鐵，調(diào)動凸輪示標，使凸輪上端面與所要調(diào)定的溫度一致，再將帽形

16、磁鐵用橫向螺釘鎖緊，以防轉(zhuǎn)動。視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當水溫未達到要調(diào)定的溫度時，恒溫器指示燈是亮的，當指示燈時亮時滅閃動時，說明溫度已達到所需恒溫。觀察玻璃水套上的溫度計，若其讀數(shù)與恒溫器上的溫度計及電接點溫度計標定的溫度一致時（或基本一致），則可認為承壓玻璃管內(nèi)的co2的溫度處于所標定的溫度。當需要改變試驗溫度時，重復（2）（4）即可。3加壓前的準備因為壓力臺的油缸容量比主容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力臺抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會損壞試驗設(shè)備，所以，務(wù)必認真掌握，其步驟如下：關(guān)壓力表及其進入本體油路的

17、兩個閥門，開啟壓力臺上油杯的進油閥。搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時，壓力臺油缸中抽滿了油。先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進入本體油路的兩個閥門。搖進活塞螺桿，使本體充油。如此反復，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進行實驗。實驗的原始記錄設(shè)備數(shù)據(jù)記錄儀器、儀表名稱、型號、規(guī)格、量程、精度。常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實驗環(huán)境情況等。測定承壓玻璃管內(nèi)co2的質(zhì)面比常數(shù)k值由于充進承壓玻璃管內(nèi)的質(zhì)量不便測量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（a）又不易測推，因而實驗中采用間接辦法來確定co2的比容，認為co2的比容與其高度是

18、一種線性關(guān)系。具體方法如下：已知co2液體在20，9.8時的比容（20，9.8）=0.00117實際測定試驗臺在20，9.8時的co2液體柱高度。（注意玻璃水套上刻度的標記方法） （20，9.8）= k-即為玻璃管內(nèi)co2的質(zhì)面比常數(shù)所以，任意溫度、壓力下co2的比容為： 式中，h - 任意溫度、壓力下水銀柱高度- 承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度 5測定低于臨界溫度t=20時的定溫線將恒溫器調(diào)定在t=20，并保持定溫線壓力從4.41mpa開始，當玻璃管內(nèi)水銀升起來后，應(yīng)足夠緩慢地搖進活塞螺桿，以保證定溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準。按照適當?shù)膲毫﹂g隔取h值，直到壓力p=9.8mpa。注意加壓后

19、co2的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度之間的關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表1。測定t=25，t=27時其飽和溫度和飽和壓力的對應(yīng)關(guān)系。測定臨界等溫線和臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。按上述方法和步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界壓力和臨界比容，并將數(shù)據(jù)填入表1。觀察臨界現(xiàn)象a）整體相變現(xiàn)象由于在臨界點時，汽化潛熱等于零，飽和汽線和飽和液線合于一點，所以這時汽液的相互轉(zhuǎn)變不是象臨界溫度以下那樣逐漸積累，需要一定的時間，表現(xiàn)為漸變過程，而這時當壓力稍在變化時，汽液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。b）汽、液兩相模糊不清現(xiàn)象處于臨界點的co2具有共同參數(shù)（p、t

20、），因而不能區(qū)別此時co2是氣態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這個氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那么，這個液體是接近氣態(tài)的液體。下面，就來用實驗證明這個結(jié)論。因為這時是處于臨界溫度下，如果按等溫線過程來進行，使co2壓縮或膨脹，那么，管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在，我們按絕熱過程來進行。首先在壓力等于附近，突然降壓，co2狀態(tài)點由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)co2出現(xiàn)了明顯的液面。這就是說，如果這時管內(nèi)的co2是氣體的話，那么，這種氣體離液區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當我們在膨脹這后，突然壓縮co2時，這個液面又立刻消失了。這就告訴我們，co2這時液體離氣區(qū)也是非常接近的，可以說是

21、接近氣態(tài)的液體。既然，此時的co2既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以能處于臨界點附近?？梢赃@樣說：臨界狀態(tài)究竟如何，就是飽和汽、液分不清。這就是臨界點附近，飽和汽、液模糊不清的現(xiàn)象。測定高于臨界溫度t=50的等溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1四、實驗數(shù)據(jù)記錄表1 數(shù)據(jù)記錄表t=20t=31.1（臨界）t=50p現(xiàn)象p現(xiàn)象p現(xiàn)象進行各等溫線實驗所需時間分鐘分鐘分鐘五、實驗結(jié)果處理和分析按表1的數(shù)據(jù)，如圖在p-坐標系中畫出三條等溫線。將實驗測得的等溫線與圖4所示的標準等溫線比較，并分析它們之間的差異及其原因。將實驗測得的飽和溫度與飽和壓力的對應(yīng)值與圖3給出的曲線相比較。將實驗測定的臨界比容與理論計算值一并填

22、入表2，并分析它們之間的差異及其原因。表2 臨界比容標準值實驗值0.00216圖3 co2飽和溫度和壓力關(guān)系曲線圖4 標準曲線思考問題：實驗中為什么要保持加壓或降壓過程的緩慢進行？分析實驗中有哪些因素會帶來誤差？1-5 噴管特性實驗一、 實驗?zāi)康尿炞C并進一步加深對噴管中氣流基本規(guī)律的理解，建立臨界壓力、臨界流速和最大流量等噴管臨界參數(shù)的概念比較熟練地掌握用熱工儀表測量壓力（負壓）、壓差及流量的方法明確漸縮噴管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明確縮放噴管中的壓力可以低于臨界壓力，流速可高于當?shù)匾羲伲髁坎豢赡艽笥谧畲罅髁繄D2 噴管實驗裝置系統(tǒng)1. 實驗

23、段（噴管）； 2. 孔板； 3. 探針移動機構(gòu)；4. 孔板壓差計 5. 調(diào)節(jié)閥； 6. 真空泵；7. 風道入口； 8. 背壓真空表； 9. 探針連通的真空表；10. 穩(wěn)壓罐 11. 調(diào)節(jié)閥 12. 實驗臺支架圖1 探針測壓簡圖1. 管道； 5. 測量噴管各截面壓力的壓力表；2. 噴管； 6. 測量噴管入口壓力的壓力表；3. 探針； 7. 測量噴管排氣管道中壓力（背壓）的壓力表4. 測壓孔；對噴管中氣流的實際復雜過程有所了解，能定性解釋激波產(chǎn)生的原因二、 實驗裝置噴管各截面上的壓力采用探針測量，如圖所示，探針可以沿噴管軸線移動，引壓孔也隨之移動，從而達到測定噴管內(nèi)各截面上的壓力的目的。實驗所需的

24、設(shè)備和儀器儀表有：噴管實驗段（漸縮噴管和縮放噴管各一個）、流量計、壓力表、水銀溫度計和氣源設(shè)備等。 實驗裝置系統(tǒng)如圖所示，采用真空泵作為氣源設(shè)備，裝在噴管排氣側(cè)。噴管入口的氣體狀態(tài)用測壓計6和溫度計測量。氣體流量用風道上的孔板流量計2測量，噴管排氣管道中的壓力p2用真空表8測量，噴管各截面上的壓力用探針測取，轉(zhuǎn)動探針移動機構(gòu)4的手輪，可以移動探針測壓孔的位置，測量的壓力值由真空表9讀取。 當實驗中要求噴管入口的壓力不變時，風道上裝有調(diào)節(jié)閥11，可根據(jù)流量增大或減小孔板壓差的變化，適當開打或減小調(diào)節(jié)閥，使實驗段1前管道中的壓力維持在實驗選定的數(shù)值。 噴管排氣管道中的壓力用調(diào)節(jié)閥5控制，氣罐10起

25、穩(wěn)定排氣管壓力的作用。 實驗裝置配上電子測試系統(tǒng)后，能自動采集和處理實驗數(shù)據(jù)，顯示打印出實驗結(jié)果。三、實驗原理1噴管中氣流的基本原理由連續(xù)方程 微分后，得 （1） （2）由能量方程 對于定熵穩(wěn)定流動過程，能量方程也可寫成 從而 （2）可見，當氣體流經(jīng)噴管速度增加時，壓力必然降低。 （3）由狀態(tài)方程 微分后，得 （3）式（2）代入式（3），再代入式（1）中此外，馬赫數(shù)m=c/a，而最后得到： （4） 顯然，要使噴管中氣流加速，當m1時，噴管應(yīng)為漸縮型（da1時，噴管應(yīng)為漸擴型（da0）。2氣體流動的臨界概念 噴管中氣流的特征是dp0，dv0，三者之間互相制約。當某一截面的速度達到當?shù)匾羲贂r，氣流

26、處于從亞音速變?yōu)槌羲俚霓D(zhuǎn)折點，通常稱為臨界狀態(tài)。此時，該截面上的壓力成為臨界壓力pc。臨界壓力與噴管入口壓力p1之比稱之為臨界壓力比：。 經(jīng)推導得到： （5）對于空氣，n=0.528 當漸縮噴管出口處氣流速度達到音速或縮放噴管喉部達到音速時，通過噴管的氣體流量便達到了最大值（），或成臨界流量。可由下式確定： （6）式中：最小截面積（對于漸縮噴管即為出口處的流通截面積；對于縮放噴管即為喉部的截面積。本實驗臺的兩種噴管最小截面積均為11.44）。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（da0，出口截面處的流速可超音速（ca），其壓力可低于臨界壓力（p2pc），但因喉部幾何尺寸的

27、限制，其流量的最大值仍為最大流量（）。 氣流在擴大段能做完全膨脹，這時出口截面處的壓力稱為設(shè)計壓力（pd）?？s放噴管隨工作背壓不同，也可分為三種工況： a背壓等于設(shè)計背壓（pb=pd）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（p2=pb=pd），在噴管喉部，壓力達到臨界壓力，流速達到音速，在擴大段轉(zhuǎn)入超音速流動，流量達到最大流量。 b背壓低于設(shè)計背壓（pbpd）時，氣流在噴管內(nèi)仍膨脹到設(shè)計背壓。當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背壓高于設(shè)計背壓時，氣流在噴管內(nèi)膨脹過度，其壓力低于背壓，以至于氣流在未到達出口截面處

28、便被壓縮，導致壓力突然躍升（即產(chǎn)生激波），在出口截面處，其壓力達到背壓。激波產(chǎn)生的位置隨著背壓的升高而向噴管入口方向移動，激波在未到達喉部之前，其喉部的壓力仍保持臨界壓力，流量仍為最大流量。當背壓升高到某一值時，將脫離臨界狀態(tài)，縮放噴管便與漸縮噴管的特性相同了，其流量低于最大流量。四、實驗步驟裝上所需的噴管，用“坐標校準器”調(diào)好“位移坐標板”的基準位置。打開罐前的調(diào)節(jié)閥，將真空泵的飛輪盤車旋12轉(zhuǎn)，一切正常后，全開罐后調(diào)節(jié)閥，打開冷卻水閥門。然后啟動真空泵。測量軸向壓力分布 （1）用罐前調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)背壓至一定值（見真空表讀數(shù)），并記下該數(shù)值。 （2）轉(zhuǎn)動手輪，使測壓探針向出口方向移動。每移動一定

29、距離（一般約23mm）便停頓一下，記下該測點的坐標位置及相應(yīng)的壓力值，一直測至噴管出口之處。于是便得到一條在這一背壓下噴管的壓力分布曲線。 （3）若要做若干條壓力分布曲線，只要改變其背壓值并重復步驟（1）（2）即可。4流量曲線測試 （1）把測壓探針的引壓孔移至出口截面之外，打開罐后調(diào)節(jié)閥，并關(guān)閉罐前調(diào)節(jié)閥，啟動真空泵。 （2）用罐前調(diào)節(jié)閥調(diào)背壓，每變化2030mmhg便停頓一下，同時將背壓值和u型管壓差計的讀數(shù)記下來。當背壓升到某一值時，u型管壓差計的液柱便不再變化(即流量已達到了最大值)。此后盡管不斷地降低背壓，但u型管壓差計的液柱仍保持不變，這時，再測23點。至此，流量測量即可結(jié)束。5打開

30、罐前調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉罐后的調(diào)節(jié)閥，讓真空罐充氣；23分鐘后停閉真空泵，立即打開罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空泵充氣(防止回油)；最后關(guān)閉冷卻水閥門。五、實驗數(shù)據(jù)處理1壓力值的確定 （1）本實驗裝置采用的負壓系統(tǒng)，表上讀數(shù)均為真空度，必須換算成絕對壓力值： （7）式中：pa大氣壓力（mbar）； p(v)用真空度表示的壓力 （2）由于噴管前裝有孔板流量計，氣流有壓力損失。本實驗裝置的壓力損失為壓力為u型管壓差計讀數(shù)（dp）的97%。因此，噴管入口壓力為： （8） （3）噴管中空氣的臨界壓力pc=0.528p1，在真空表上的讀數(shù)（即真空表）為： （9） 式中各項，計算時必須用相同的壓力單位，大致判斷約為380mm

31、hg。2噴管實際流量的確定 噴管中的空氣流量是通過噴管前的孔板流量計來確定的，計算公式為： （kg/s） （10）式中：e流束膨脹系數(shù)； b氣態(tài)修正系數(shù)； n幾何修正系數(shù)（約等于1.0） dpu型管壓差計讀數(shù)（mmh2o） 室溫（） pa大氣壓力（mbar） 一般地，e、b、n的乘積近似地是一個常數(shù)，即可以認為mdp在實驗中的關(guān)系，可以用來表達流量曲線的變化情況。此外，由于噴管內(nèi)氣流的摩擦而形成邊界層，從而減少流通面積，因此，實際流量必然小于理論值，按式（10）計算的實際最大流量也必然小于按式（6）計算出來的理論最大流量。實驗記錄表一、漸縮噴管 大氣壓_mmhg壓力分布 測壓位置 mm 背壓m

32、mhg孔板流量計壓降dh mm36912151821242730354045505560h左h右150380450流量曲線 背壓mmhg 孔板流量計壓降306090120150180210240270300330360390420h左mmh2oh右mmh2o二、縮放噴管壓力分布 測壓位置 mm背壓mmhg孔板流量計壓降dh mm36912151821242730354045505560h左h右150450650流量曲線 背壓mmhg孔板流量計壓降306090120150180210240270300h左mmh2oh右mmh2o實驗報告要求簡述實驗?zāi)康模砗脱b置操作步驟；實驗原始數(shù)據(jù)記錄表格；

33、繪制不同工況下噴管內(nèi)的壓力分布曲線p/p1x，并作討論；繪制流量曲線，并分析特征；根據(jù)條件計算噴管最大流量的理論值，且與實驗值比較。六、思考問題：實驗前應(yīng)如何選定實驗條件（噴管的入口壓力和背壓等）才能觀察到膨脹不足、膨脹過度等各種工況下的流動現(xiàn)象？實驗測定結(jié)果和理論計算結(jié)果有什么不同？試分析原因?qū)嶒炛欣糜嬎銠C自動采集數(shù)據(jù)操作說明：實驗前的準備工作：測量前將負壓和壓差電位器進行調(diào)整，使負壓和壓差直流輸出信號為零測量噴管壓力變化情況時，應(yīng)使a和b間電壓保持在8.7伏，使c和d間電壓保持在1.3伏。搖動手輪使探針測壓孔對準噴管入口零處（指針對準標板零刻度即可），并使位移信號電壓輸出為0伏，如果不為

34、0伏則調(diào)整穩(wěn)壓器微調(diào)e使之為0伏，然后再搖動手輪使探針測壓孔對準噴管出口處（指針對準坐標刻度35mm處即可），并使位移信號電壓輸出為3.5伏，如果不是3.5伏，則調(diào)整穩(wěn)壓微調(diào)f使之為3.5伏（0伏和3.5伏要反復多次才能調(diào)好）。實驗中計算機操作：起動真空泵，使真空度達到最大（約為0.09mpa）在放大器的ii、i上分別調(diào)整輸出放大倍數(shù)，使測壓輸出5伏，測流量輸出在35伏之間。以上動態(tài)測試完成后，打開計算機。進入window系統(tǒng)，運行本實驗軟件pg.exe負壓與位移信號的測量轉(zhuǎn)動罐前調(diào)節(jié)閥改變背壓，使負壓為某一值如0.03mpa。選擇初始化（inicianite）菜單項，設(shè)定負壓與位移數(shù)據(jù)采樣時

35、間t，缺省選擇t=30秒鐘。選擇p-x菜單項，選擇開始（start）按鈕，同時打開電機驅(qū)動開關(guān)。當位移x指針到達50mm刻度處，關(guān)閉電機驅(qū)動開關(guān)，約30秒后可以得到一條p-x曲線。調(diào)節(jié)背壓，使負壓為另一值（如0.04mpa）重復以步驟，可得到另一條p-x曲線。流量的測量用初始化菜單進行壓差傳感器標定。當負壓為0.09mpa時，根據(jù)u型管的壓差數(shù)值，用滾動條，輸入壓差傳感器的壓差值u，缺省時u=400mmh2o。選擇流量菜單后，按下開始（start）按鈕。經(jīng)3秒延遲后，緩慢轉(zhuǎn)動背壓調(diào)節(jié)閥，則負壓值由0緩變到0.09mpa，此過程需要30秒鐘。約30秒鐘后，可以得到m-pb/p1曲線。曲線數(shù)據(jù)存盤

36、與打印壓力流量采樣結(jié)束后，采樣所得數(shù)據(jù)可在文件菜單中選擇save按鈕存盤。p/p1-x曲線存盤文件的擴展名為pgp，m-pb/p1曲線存盤文件的擴展名為pgm。選擇相應(yīng)的菜單還可以對存盤的文件進行顯示和打印。1-6 小型壓縮機性能實驗一、實驗?zāi)康膲簹鈾C在工程上應(yīng)用廣泛，種類繁多，但其工作原理都是消耗機械能（或電能）而獲得壓縮氣體，壓氣機的壓縮指數(shù)和容積效率等是衡量其性能優(yōu)劣的重要參數(shù)，本實驗是利用微機對壓氣機的有關(guān)參數(shù)進行實時動態(tài)采集，經(jīng)計算處理得到展開的和封閉示功圖，從而獲得其平均壓縮指數(shù)n，容積效率，指示功,指示功率p等性能參數(shù)。圖1 1. 空氣壓縮機 2. 壓力傳感器 3. 飛輪 4.

37、磁電傳感器 5. 電機 6. 進氣口 7. 壓力表 8. 貯氣罐 9. 排氣控制閥 10. 動態(tài)應(yīng)變儀 11. 端子板 12. a/d轉(zhuǎn)換板 13. 計算機 14. 打印機二、 實驗裝置及測量系統(tǒng)本實驗裝置主要由壓氣機和與其配套的電動機及測試系統(tǒng)組成，測試系統(tǒng)包括壓力傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀、放大器、a/d板、微機、繪圖儀及打印機，詳見圖1所示。壓氣機的型號：z-0.03/7氣缸直徑：d=70mm，活塞行程：l=20mm，余隙距離=1.51mm；連桿長度：h=70mm，轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分； 為獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機缸上安裝了一個應(yīng)變式壓力傳感器，供實驗時輸出氣缸內(nèi)的瞬態(tài)壓力信號。

38、該信號經(jīng)橋式整流以后至動態(tài)應(yīng)變儀放大；對應(yīng)著活塞下止點的位置，在飛輪外側(cè)粘貼著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞下止點的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，已達到壓力和曲柄轉(zhuǎn)角信號的同步。這兩路信號分別經(jīng)放大后送入a/d板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送到計算機，經(jīng)計算處理便得到了壓氣機工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開示功圖。三、 實驗原理指示功和指示功率 指示功是壓氣機進行一個工作過程，壓氣機所消耗的功，即式中：s-測面儀測定的p-v圖上工作過程線所圍的面積（）；k1 單位長度代表的容積（）；即l-活塞行程；-活塞行程的線段長度（mm）；k2 單位長度代表的壓力（at/mm）；即；p2-壓氣機排氣工作時的表壓

39、力（at）；-表壓力在縱坐標上對應(yīng)的高度（mm）；p-指示功率，即：單位時間內(nèi)壓氣機所消耗的功，可用下式表式： （kw）式中n-轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）。平均多變壓縮指數(shù) 壓氣機的實際壓縮過程等價于定熵壓縮之間。即多變指數(shù)n的范圍為1nk，因為多變過程的技術(shù)功是過程功的n倍，所以n等于p-v圖上壓縮過程線與縱坐標軸圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標軸圍成的面積之比。容積效率（） 由容積效率的定義得：四、實驗步驟按圖1聯(lián)接線路標定打開動態(tài)應(yīng)變放大器，調(diào)節(jié)電橋平衡電阻，使放大器的輸出為0（表頭指針指向零刻度）。打開壓氣機電源，使壓氣機工作，調(diào)節(jié)壓氣機的截流閥，使壓氣機的表壓力為3個大氣壓。調(diào)節(jié)動態(tài)應(yīng)變放大器的放

40、大倍數(shù)（增益）使其輸出電壓為2v，并保持不變。計算機采樣打開打算機進入window系統(tǒng)，運行bb.exe文件選擇sampling菜單，按下start按鈕，開始對壓力與位移信號采樣。屏幕顯示壓氣機工作時的展開示功圖和脈沖圖。在展開圖中選擇一個較好的波形，按下stop按鈕，再按下cancel按鈕關(guān)閉采樣窗口。可得到展開的p-v曲線。五、數(shù)據(jù)記錄及處理多變指數(shù)計算 選擇calculation菜單，進入polytropic exp窗口后，按下ok鍵，得到封閉示功圖，同時顯示功率值p。在壓氣機壓縮過程終點附近選定一點，對應(yīng)坐標值即為壓力、容積值p2、v2。調(diào)節(jié)p2、v2滾動條，使?jié)L動條上的數(shù)值與選定值相

41、同（提供該工況下的實際參數(shù)供計算）。按下exp按鈕可得到壓縮過程的平均多變指數(shù)。b 容積效率計算 選擇calculation菜單，進入volume eff窗口，按下ok按鈕，得到封閉的示功圖，調(diào)節(jié)v1、v2滾動條（其中v2為活塞的排量位移，v1為活塞有效吸氣位移），使?jié)L動條上的數(shù)值等于實際測量值。按下v.e按鈕，即得到容積效率值。c 數(shù)據(jù)管理曲線文件的擴展名為yqj，選擇file菜單下相應(yīng)選項可保存實驗數(shù)據(jù)，以及打開保存過的文件。1-7 絕熱節(jié)流效應(yīng)的測定一、實驗?zāi)康慕^熱節(jié)流效應(yīng)在工程上有很多應(yīng)用。如利用節(jié)流的冷效應(yīng)進行制冷。節(jié)流效應(yīng)也是物性量，在研究物質(zhì)的熱力學性質(zhì)方面有重要作用。如根據(jù)測定

42、的節(jié)流效應(yīng)數(shù)據(jù)可以導出較精確的經(jīng)驗狀態(tài)方程式。測定絕熱節(jié)流效應(yīng)的基本方法是在維持氣體與周圍環(huán)境沒有熱交換的條件下對氣體節(jié)流，測量其節(jié)流前后的壓力和溫度。圖2陶瓷管節(jié)流器1-陶瓷管 2-玻璃管3-隔環(huán) 4,5-測溫電阻6-外殼 7-進氣管8-排氣管二、實驗裝置實驗用的設(shè)備和儀器儀表有節(jié)流器、恒溫器、標準壓力表、溫度計（測溫電阻和電橋）、大氣壓力計和氣源設(shè)備等。實驗裝置系統(tǒng)如圖所示?？諝鈮嚎s機4供給的空氣先經(jīng)過一組干燥器3。干燥器內(nèi)填裝氯化鈣、碳酸鈉、硅膠等各種填料，除去空氣中的水分和二氧化碳。進入節(jié)流器1的空氣溫度用恒溫器2控制，恒溫器內(nèi)布置8米長銅管構(gòu)成的換熱器。節(jié)流前的空氣壓力由閥門5調(diào)節(jié)，

43、并由節(jié)流器進氣管上的壓力表指示。節(jié)流后的空氣壓力用調(diào)壓閥6調(diào)整，并由節(jié)流器排氣管上的壓力表指示。調(diào)壓閥后的排氣管上，還可以裝孔板及壓差計測量流量，作為實驗的參考數(shù)據(jù)。裝置中可以采用節(jié)流閥或多孔陶瓷管作為節(jié)流件測定積分節(jié)流效應(yīng)。圖3為陶瓷管節(jié)流器的示意圖。節(jié)流器浸沒在恒溫器中。多孔陶瓷管1長約18厘米。隔環(huán)3使透過陶瓷管的氣流分為兩股：隔環(huán)后的一股氣流不沖刷測溫電阻，用以消除外殼法蘭導熱的影響；護環(huán)前的這股氣流受玻璃管2導流，全部由玻璃管的一端進入中心區(qū)沿軸向流動，沖刷測溫電阻。這種構(gòu)造的節(jié)流器，陶瓷管件可以拆下，改裝上用棉絮或細毛氈制成的節(jié)流件來測定微分節(jié)流效應(yīng)。三、實驗原理絕熱節(jié)流前后的氣體

44、焓值相等，因此可以把絕熱節(jié)流過程當作焓不變的過程。此過程中溫度隨壓力降落的變化率稱為微分節(jié)流效應(yīng)。微分節(jié)流效應(yīng)表示為 (1)氣體因節(jié)流引起溫度變化相對于氣體的溫度值來說是很小的量。如果將上式中的溫度和壓力的微分量用與溫度、壓力本身的數(shù)值相比相當小的有限差值代替，所得結(jié)果十分接近實際。于是，微分節(jié)流效應(yīng)可以根據(jù)下式直接測定：圖1絕熱節(jié)流實驗裝置系統(tǒng)1-節(jié)流器 2-恒溫器 3-干燥器4-空氣壓縮機設(shè)備5-閥門 6-調(diào)壓閥測定時，通常維持節(jié)流的壓力降為1左右。0的空氣絕熱節(jié)流時，壓力每降1，溫度約降低0.28。當絕熱節(jié)流的壓力降相當大時，引起的氣體溫度變化值稱為積分節(jié)流效應(yīng)。積分節(jié)流效應(yīng)與微分節(jié)流效

45、應(yīng)的關(guān)系如下：式表示為式中，為節(jié)流前氣體的壓力和溫度，為節(jié)流后氣體的壓力和溫度直接測定積分節(jié)流效應(yīng)很方便。只要實驗的壓力范圍足夠大，就可以根據(jù)直接測定的不同壓力降落時積分節(jié)流效應(yīng)數(shù)據(jù)，在圖上畫出一條等焓線，如圖所示。等焓線的斜率即為（）式所表示的微分節(jié)流效應(yīng)。改變節(jié)流前氣體的狀態(tài)（，）可以得到不同焓值的等焓線，從而求得微分節(jié)流效應(yīng)與溫度、壓力關(guān)系。圖3t-p關(guān)系曲線四、實驗步驟實驗工作是測量節(jié)流件兩側(cè)的空氣壓力和溫度。壓力和溫度的測量要求較高的精度。測定微分節(jié)流效應(yīng)和積分節(jié)流效應(yīng)的方法分別如下：1微分節(jié)流效應(yīng)維持節(jié)流前的空氣壓力為某一值，逐次改變節(jié)流前的空氣溫度，各次均在實驗工況達到穩(wěn)定后測量

46、節(jié)流件兩側(cè)的壓力和溫度。改變節(jié)流前的空氣壓力值，按上述過程進行操作和測量。實驗中，節(jié)流件兩側(cè)的壓力差要維持在1左右。根據(jù)實驗測定的節(jié)流件兩側(cè)空氣的壓力和溫度的各組數(shù)據(jù)，由式計算出微分節(jié)流效應(yīng)的值，并用如下兩種方式表示出直接測定微分節(jié)流效應(yīng)的全部結(jié)果：1）列表表示微分節(jié)流效應(yīng)與節(jié)流前空氣壓力和溫度的關(guān)系2）以為縱坐標，節(jié)流前的空氣溫度為橫坐標，節(jié)流前空氣壓力作為參考量，畫出由實驗數(shù)據(jù)所得的一組表示與節(jié)流前空氣溫度和壓力關(guān)系的曲線。2積分節(jié)流效應(yīng)維持節(jié)流前的空氣壓力和溫度不變，逐次改變節(jié)流后的空氣壓力，各次均在實驗工況達到穩(wěn)定后測量節(jié)流件兩側(cè)的壓力和溫度。改變節(jié)流前的空氣溫度（如升高或降低1020

47、），按上述過程操作和測量。五、數(shù)據(jù)處理用實驗測定的節(jié)流前后壓力和溫度和各組數(shù)據(jù)，在圖上將節(jié)流前溫度不變的一組數(shù)擬合為一條等焓線。在等焓線上作不同點的切線，求出空氣在不同狀態(tài)下的一組微分節(jié)流效應(yīng)值。用前面列表和曲線圖兩種方式，表示出通過測定積分節(jié)流效應(yīng)確定的微分節(jié)流效應(yīng)的全部實驗結(jié)果。winger tuivasa-sheck, who scored two tries in the kiwis 20-18 semi-final win over england, has been passed fit after a lower-leg injury, while slater has been

48、 named at full-back but is still recovering from a knee injury aggravated against usa.both sides boast 100% records heading into the encounter but australia have not conceded a try since josh charnleys effort in their first pool match against england on the opening day.aussie winger jarryd hayne is

49、the competitions top try scorer with nine, closely followed by tuivasa-sheck with eight.but it is recently named rugby league international federation player of the year sonny bill williams who has attracted the most interest in the tournament so far.the kiwi - with a tournament high 17 offloads - has the chance of