工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)

1、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書熱工實(shí)驗(yàn)2013年3月實(shí)驗(yàn)一 非穩(wěn)態(tài)（準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)）法測(cè)材料的導(dǎo)熱性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 快速測(cè)量絕熱材料（不良導(dǎo)體）的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱。掌握其測(cè)試原理和方法。2. 掌握使用熱電偶測(cè)量溫差的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1 第二類邊界條件無限大平板導(dǎo)熱的物理模型本實(shí)驗(yàn)是根據(jù)第二類邊界條件，無限大平板的導(dǎo)熱問題來設(shè)計(jì)的。設(shè)平板厚度為2，初始溫度為t0，平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱（見圖1）。求任何瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t (x，)。導(dǎo)熱微分方程式、初始條件和第二類邊界條件如下：方程的解為： (1-1)式中： 時(shí)間； 平板的導(dǎo)熱系數(shù)； 平板的導(dǎo)溫系數(shù)； ， = 1，2，3

2、，； F0 傅里葉準(zhǔn)則； 初始溫度； 沿x方向從端面向平面加熱的恒定熱流密度。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)0數(shù)變大，式(1-1)中級(jí)數(shù)和項(xiàng)愈小，當(dāng)F0> 0.5時(shí)，級(jí)數(shù)和項(xiàng)變得很小，可以忽略，式(1-1)變成 (1-2)由此可見，當(dāng)F0> 0.5后，平板各處溫度和時(shí)間成線性關(guān)系，溫度隨時(shí)間變化的速率是常數(shù)，并且到處相同。這種狀態(tài)稱為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)。在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)，平板中心面x=0處的溫度為： 平板加熱面x =處為： 此兩面的溫差為： (1-3)如已知和，再測(cè)出，就可以由式(1-3)求出導(dǎo)熱系數(shù)： (1-4)實(shí)際上，無限大平板是無法實(shí)現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)總是用有限尺寸的試件，一般可認(rèn)為，試件的橫向尺寸為厚度的6倍以

3、上時(shí)，兩側(cè)散熱對(duì)試件中心的溫度影響可以忽略不計(jì)。試件兩端面中心處的溫度差就等于無限大平板時(shí)兩端面的溫度差。根據(jù)熱平衡原理，在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)，有下列關(guān)系： 式中：F為試件的橫截面；C為試件的比熱；為其密度；為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升速率。由上式可得比熱： (1-5)實(shí)驗(yàn)時(shí)，以試件中心處為準(zhǔn)。三、實(shí)驗(yàn)裝置按上述理論及物理模型設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，說明如下1. 試件試件尺寸為199×199×共四塊，尺寸完全相同，。每塊試件上下面要平行，表面要平整。2. 加熱器采用高電阻康銅箔平面加熱器，康銅箔厚度僅為20，加上保護(hù)箔的絕緣簿膜，總共只有70。其電阻值穩(wěn)定，在0100范圍內(nèi)幾乎不變。加熱器的面

4、積和試件的端面積相同，也是199×199的正方形。兩個(gè)加熱器電阻值應(yīng)盡量相同，相差應(yīng)在0.1%以內(nèi)。3. 絕熱層用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小得多的材料作絕熱層，力求減少熱量通過，使試件1、4與絕熱層的接觸面接近絕熱。這樣，可假定式(1-4)中的熱量等于加熱器發(fā)出熱量的1/2。4. 熱電偶利用熱電偶測(cè)量試件2兩面的溫差及試件2、3接觸面中心處的溫升速率。熱電偶由0.1的銅康銅絲制成，其接線如圖3所示。熱電偶的冷端放在冰瓶中，保持零度。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將四個(gè)試件齊迭放在一起，分別在試件1和2及試件3和4之間放入加熱器1和2，試件和加熱器要對(duì)齊。熱電偶的放置如圖3，熱電偶測(cè)溫頭要放在試件中心部位。放好絕熱層

5、后，適當(dāng)加以壓力，以保持各試件之間接觸良好。圖2 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 用卡尺測(cè)量試件的尺寸：面積F和厚度。2. 按圖2和圖3放好試件、加熱器和熱電偶，接好電源，接通穩(wěn)壓器，并將穩(wěn)壓器預(yù)熱10分鐘（注：此時(shí)開關(guān)K是打開的）。接好熱電偶與電位差計(jì)及轉(zhuǎn)換開關(guān)的導(dǎo)線。圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖3. 校對(duì)電位差計(jì)的工作電流。然后，將測(cè)量轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“1”測(cè)出試件在加熱前的溫度，此溫度應(yīng)等于室溫。再將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到“2”，測(cè)出試件兩面的溫差，此時(shí)，應(yīng)指示為零熱電勢(shì)，測(cè)量出的示值差最大不得超過0.004，即相應(yīng)初始溫度差不得超過0.1。4. 接通加熱器開關(guān)，給加熱器通以恒電流（試驗(yàn)過程時(shí)，電流不允許變化。此

6、數(shù)值事先經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定）。同時(shí)，啟動(dòng)秒表，每隔一分鐘測(cè)讀一個(gè)數(shù)值，奇數(shù)值時(shí)刻（1 分，3分，5分 ）測(cè)“2”端熱電勢(shì)的毫伏數(shù)，偶數(shù)值時(shí)刻（2分，4分，6分 ），測(cè)“1”端熱電勢(shì)的毫伏數(shù)。這樣，經(jīng)過一段時(shí)間后（隨所測(cè)材料而不同，一般為10 20分鐘），系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，“2” 端熱電勢(shì)的數(shù)值（即式（4）中的溫差）幾乎保持不變。并記下加熱器的電流值。5. 第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將加熱器開關(guān)K切斷，取下試件及加熱器，用電扇將加熱器吹涼，待其和室溫平衡后，才能繼續(xù)做下一次實(shí)驗(yàn)。但試件不能連續(xù)做實(shí)驗(yàn)，必須經(jīng)過四小時(shí)以上的放置，使其冷卻至與室溫平衡后，才能再做下一次實(shí)驗(yàn)。6. 實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束后，必須斷開電源，一切恢復(fù)原

7、狀。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理室溫： () 加熱器電流I： (A)加熱器電阻（兩個(gè)加熱器電阻的并聯(lián)值）R： ()試件截面尺寸F：0.1992()； 試件厚度：0.01 ()試件材料密度：1165.5()； 熱流密度： ()時(shí)間（分）012345678溫度“1”mV溫差“2”mV91011121314151617181920求出：熱流密度準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫差（平均值）準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升速率/小時(shí)然后，根據(jù)式（4）計(jì)算出試件的導(dǎo)熱；根據(jù)式(1-5)計(jì)算試件的比熱。實(shí)驗(yàn)二 對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)法測(cè)定空氣受迫橫向流過單管時(shí)的換熱系數(shù)。2. 運(yùn)用相似理論，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式，并與有關(guān)教材中推薦的

8、相應(yīng)的準(zhǔn)則方程式相比較。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 當(dāng)空氣受迫橫向流過單管時(shí)，按牛頓公式，換熱系數(shù) (2-1)Q為單管與空氣流之間的對(duì)流換熱量；實(shí)驗(yàn)采用單管為被加熱管；單管內(nèi)表面用電熱絲均勻裹纏通電加熱單管表面。電熱絲所消耗的電功率N變?yōu)闊崮芡ㄟ^單管表面向空氣流散。當(dāng)單管表面溫度不變時(shí)，這時(shí)電功率N為對(duì)流換熱量Q。F為單管（直徑D = 12，長(zhǎng)= 300）在空氣流中的表面積。 (2-2)為風(fēng)道氣流平均溫度，為單管表面溫度。 所以，對(duì)一定尺寸的單管，內(nèi)表面用電熱絲加熱，置于風(fēng)洞中處于穩(wěn)定狀態(tài)后，只需測(cè)量電熱絲電功率N，單管和氣流溫度、，即可計(jì)算出此種實(shí)驗(yàn)條件下的換熱系數(shù)。2. 根據(jù)相似理論的分析，流體受迫

9、運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)則方程式為： (2-3)其中努謝爾特準(zhǔn)則，雷若準(zhǔn)則，普朗特?cái)?shù)。為定型尺寸，取單管外徑D；Cp、為流體在定性溫度時(shí)的定壓比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、動(dòng)力粘度，V為流體流過最窄截面處的流速。對(duì)于空氣，物理參數(shù)Cp、近似為常數(shù)，所以數(shù)為一常數(shù)，原準(zhǔn)則方程簡(jiǎn)化為 (2-4)式(2-4)中系數(shù)C，指數(shù)為常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)得出，通過空氣不同的流速情況下，單管和空氣流之間的換熱系數(shù)的測(cè)定，可以得到一組和相應(yīng)的數(shù)，把它們表示在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上(圖1)，則可求得C和值。圖1 確定準(zhǔn)則間函數(shù)關(guān)系的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖2 風(fēng)洞裝置三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 氣流的形成和氣流速度的調(diào)節(jié)如圖2所示，產(chǎn)生氣流的設(shè)備有直流電機(jī)和離心通風(fēng)機(jī)、若干節(jié)

10、管道串連組成風(fēng)洞，電機(jī)啟動(dòng)后空氣吸入風(fēng)洞流進(jìn)風(fēng)機(jī)，在風(fēng)洞里形成空氣流。為使空氣平穩(wěn)不受進(jìn)風(fēng)口初始所影響，第一節(jié)風(fēng)洞里有整流柵板，由于風(fēng)洞截面一定（300×300），空氣流速大小只要控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速量即可。一般通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變流量。1皮托管；2補(bǔ)嘗式微壓計(jì)；3水銀溫度計(jì)；4單管及電熱絲；5電位差計(jì)；6熱電偶；7調(diào)壓變壓器圖3 空氣橫掠單管換熱系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)段裝置圖2. 單管對(duì)流換熱試驗(yàn)段的組成為了便于幾個(gè)組同時(shí)試驗(yàn)，風(fēng)洞分為四個(gè)試驗(yàn)段，每一段安置相同的一組設(shè)備。如圖3所示單管4是用12的銅管制成，豎放在風(fēng)洞中，空氣流橫掠而過。其加熱裝置用處套瓷管的電熱絲均勻纏在銅管內(nèi)面，電熱絲用0

11、220V可調(diào)交流電源加熱，所消耗的電功率由電流表和電壓表測(cè)出，自耦調(diào)壓器7用來調(diào)節(jié)單管加熱的電功率 ?？諝饬鞯臏囟扔伤y溫度計(jì)3測(cè)出。皮托管1和微壓計(jì)2為測(cè)量空氣速度的儀表。熱電偶6的熱端結(jié)點(diǎn)焊接在銅管處表面，銅管表面溫度在熱電偶6中產(chǎn)生的熱電勢(shì)，由電位差計(jì)5讀出。3. 測(cè)試儀表實(shí)驗(yàn)中除水銀溫度計(jì)和皮托管的測(cè)頭在風(fēng)洞裝置上，其余各儀表都集中放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，以便控制使用。(1) 皮托管用來測(cè)量空氣流的總壓（中心滯止壓力）和靜壓，此二壓力之差氣流動(dòng)壓用微壓計(jì)測(cè)出。值正比于空氣流速V的平方和密度()米/秒(2) 補(bǔ)償式微壓計(jì)YJB1500型（圖4、圖5）補(bǔ)償式微壓計(jì)原理是水匣和總壓管用橡皮管連通。組

12、成U形連通器。兩邊水面高度差形成所測(cè)兩邊氣體的微壓差，用轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)盤，升降水匣，保持總壓管中水準(zhǔn)頭和水面一致，水匣升降高度為兩邊的壓差。補(bǔ)償式微壓計(jì)由水匣升降微調(diào)部分，水準(zhǔn)觀測(cè)部分，反光鏡部分，外殼部分組成。圖4 補(bǔ)償式微壓計(jì)原理圖圖5 補(bǔ)償式微壓計(jì)(3) 熱電偶及電位差計(jì)熱電偶為兩種不同金屬絲焊接成一熱端結(jié)點(diǎn)，當(dāng)熱端和冷端有溫度差時(shí)，冷端就有熱電勢(shì)產(chǎn)生。不同的金屬，其溫差與熱電勢(shì)的關(guān)系是不同的。其熱電勢(shì)大小由直流電位差計(jì)測(cè)出。UJ型直流電位差計(jì)(圖7、圖8)是采用補(bǔ)償法原理，使被測(cè)量熱電勢(shì)與恒定的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)相互比較，在測(cè)量平衡時(shí)，能不消耗被測(cè)電源的電流，故是一種高精度測(cè)量熱電勢(shì)的方法。圖6 銅康

13、銅熱電偶1.未知測(cè)量接線柱Ex；2.倍率開關(guān)；3.步進(jìn)盤（規(guī)盤）；4.電鍵開關(guān)K；5.檢流計(jì)G；6.檢流計(jì)電氣調(diào)零RN；7.工作電流調(diào)節(jié)阻器R；8.滑線盤Q圖7 UJ型電位差計(jì)面板排列圖圖8 UJ型電位差計(jì)原理圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求接好全部電器線路、管道、儀表；并經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師檢查。2. 微壓計(jì)位置水平調(diào)整；調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，觀察水準(zhǔn)泡的氣泡在底坐的小圓圈中間。微壓計(jì)調(diào)零，將微調(diào)盤和度板上的示度準(zhǔn)塊均調(diào)到“0”點(diǎn)后，調(diào)動(dòng)總壓管調(diào)節(jié)螺母，從反光鏡上觀察水準(zhǔn)頭與液面情況使水準(zhǔn)頭尖棱與其倒影的尖棱相接，完全達(dá)到液面與針尖相切。從此，總壓管調(diào)節(jié)螺母再也不要?jiǎng)铀?. 電

14、位差計(jì)調(diào)節(jié)檢流計(jì)指零，將電鍵開關(guān)扳向“標(biāo)準(zhǔn)”，調(diào)節(jié)圖8工作電流調(diào)節(jié)變阻器7，使檢流計(jì)指零。注意，在連續(xù)測(cè)量時(shí)，要求經(jīng)常核對(duì)電位差計(jì)工作電流。如上所述，使檢流計(jì)指零。4. 所有準(zhǔn)備工作就緒，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)整通風(fēng)流量達(dá)到某一穩(wěn)定工況（此項(xiàng)工作由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師完成）。5. 調(diào)節(jié)電熱絲的加熱溫度，由調(diào)壓變壓器控制電壓，使通電電流不超過4安，使銅管表面熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)在34mV左右，注意銅管溫度不超過120，以免損壞電熱絲。6. 待流動(dòng)情況、管子溫度穩(wěn)定后，測(cè)定各參數(shù)：(1) 測(cè)銅管表面溫度，把電位差計(jì)電鍵開關(guān)扳向“未知”（熱電勢(shì)值在34毫伏左右），調(diào)節(jié)步進(jìn)讀數(shù)盤3和滑線盤8，使檢流計(jì)再次指零，其溫差電勢(shì)

15、為Ex=（步進(jìn)盤讀數(shù) + 滑線盤讀數(shù)）×倍率，再由實(shí)驗(yàn)室的銅康銅熱電偶（毫伏溫度）換算表查出表面溫度。(2) 電熱絲加熱功率：由電流表、電壓表分別讀出電流I、電壓V。(3) 風(fēng)道空氣流溫度：由水銀溫度計(jì)讀出。(4) 空氣流總壓與靜壓差：由微壓計(jì)讀出，由于空氣流總壓大于空氣流靜壓，微壓計(jì)觀察筒上反光鏡面上原來調(diào)整好的水準(zhǔn)頭影與倒影已不相接，調(diào)動(dòng)微調(diào)盤，使得水準(zhǔn)頭影與重新相接。此時(shí)度板上讀數(shù)（整數(shù)值）加微調(diào)盤上讀數(shù)（小數(shù)值）為壓差的水耗高度值（毫米）。7. 完成一種流動(dòng)工況，各待測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)定后，變動(dòng)空氣流量（由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行），重復(fù)上述5、6。注意：流量應(yīng)由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，電熱絲電壓可逐

16、步加大。若風(fēng)量由大到小進(jìn)行調(diào)節(jié)，一定先減少電熱絲電壓再減少風(fēng)量。總共每組同學(xué)完成十種風(fēng)量下各試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量記錄。8. 實(shí)驗(yàn)完成后，必須首先斷開電熱絲電源，待銅管管壁溫度下降到室溫左右，再停風(fēng)機(jī)。切勿先停風(fēng)機(jī)，以免燒壞電熱絲，然后清理實(shí)驗(yàn)所用儀器物品，做好保管工作。清理實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，同學(xué)各自進(jìn)行記錄整理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。五、記錄與計(jì)算1. 記錄表和計(jì)算表序號(hào)相對(duì)應(yīng)；2. 空氣參數(shù)根據(jù)風(fēng)道氣流平均溫度查教科書附錄表；3. V為空氣在風(fēng)洞中平均流速，準(zhǔn)則中V定義為單管形成風(fēng)洞截面減少為最窄面的流速。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)主要原理及設(shè)備、實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算。2. 根據(jù)本組十個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)所得、數(shù)值。用雙

17、對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙描繪出關(guān)系由線。3. 根據(jù)由對(duì)數(shù)關(guān)系的曲線，求出、n值。將此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有關(guān)參考書中推薦的相應(yīng)的準(zhǔn)則方程比較，求出c和n的誤差。4. 誤差分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表見下頁(yè)第33頁(yè)單管換熱系數(shù)及準(zhǔn)則數(shù)實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) 記 錄室溫 ，大氣壓力P 單管尺寸：直徑D = 12mm 長(zhǎng)l = 300mm風(fēng)洞尺寸：L×L = 300×300序號(hào)空 氣 參 數(shù)換熱系數(shù)努謝爾特準(zhǔn)則雷諾準(zhǔn)則(kg /)(W/m·)（）F =dl（）Q = N（W）（）（W /）12345678910銅管表面溫度電熱絲功率W風(fēng)道平均氣流溫度流體動(dòng)壓熱電勢(shì)(mV)溫度()電流I (A)電壓V (V)功

18、率N = I·V (W)12345678910 實(shí)驗(yàn)三 氣體定壓比熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解氣體比熱測(cè)定裝置的基本原理；2. 熟悉實(shí)驗(yàn)中的測(cè)溫、測(cè)壓及測(cè)流量的方法；3. 掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和求得比熱公式的方法；4. 分析實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)定壓比熱的定義 (4-1)式中，h是氣體的比焓，T是氣體的熱力學(xué)溫度。由熱力學(xué)第一定律知，在氣體等壓流動(dòng)中，如果氣體不對(duì)外作功，且位能和動(dòng)能的變化可以忽略不計(jì)，那么氣體焓值的變化就等于它從外界吸收的熱量，即 (4-2)這樣，氣體的定壓比熱可表示為 (4-3)將(3)式兩邊積分得， (4-4)式中,為

19、之間的平均定壓比熱，即 (4-5)式中，是氣體在定壓流動(dòng)過程中由溫度被加熱到時(shí)所吸收的熱量()，是氣體的質(zhì)量流量()，是氣體定壓流動(dòng)過程中的溫升()。這樣，如果能準(zhǔn)確的測(cè)出氣體的定壓流動(dòng)過程的溫升、質(zhì)量流量和加熱量，即可求得氣體在溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱。在溫度變化范圍不大的條件下，氣體定壓比熱可以表示為溫度的線性函數(shù)， (4-6)此時(shí)，不難證明，溫度至之間的平均比熱在數(shù)值上就等于平均溫度下氣體的真實(shí)比熱，即 (4-7)據(jù)此，改變和，就可以測(cè)出不同平均溫度下的真實(shí)比熱，從而求得比熱與溫度的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)裝置該裝置由風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、比熱儀。電功率調(diào)節(jié)及測(cè)量系統(tǒng)等四部分組成，如圖1所示，比熱儀主體如

20、圖2所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，被測(cè)空氣由風(fēng)機(jī)經(jīng)濕式氣體流量計(jì)送入比熱儀主體，經(jīng)加熱、均流、旋流，混流后流出。在此過程中，分別測(cè)量空氣在流量計(jì)出口處的干球溫度、濕球溫度tw(由于是濕式氣體流量計(jì)，實(shí)際為飽和狀態(tài))、氣體經(jīng)比熱儀主體的進(jìn)口溫度t1、出口溫度t2、氣體的體積流量(V)、電熱器的輸出功率(W)、實(shí)驗(yàn)時(shí)的大氣壓力Pb和流量計(jì)出口處的表壓h (毫米水柱)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，并查得相應(yīng)的物性參數(shù)，即可計(jì)算出被測(cè)氣體的定壓比熱Cpm。氣體的流量由節(jié)流閥控制，氣體的出口溫度由輸入電熱器的功率來調(diào)節(jié)。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖導(dǎo)線溫度計(jì)均流網(wǎng)電熱芯熱空氣杜瓦瓶冷空氣圖2 比熱儀主體結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量干

21、空氣的質(zhì)量流量m、水蒸汽的質(zhì)量流量mw、電加熱器的加熱量(即氣體的吸熱量)Qp和氣體溫度等。具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下：1. 調(diào)流量計(jì)水平2. 接通電源及測(cè)量?jī)x表，開動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附近。測(cè)出濕式氣體流量計(jì)出口空氣的干球溫度()和濕球溫度()。3. 調(diào)節(jié)濕式氣體流量計(jì)，使它工作在額定值附近。逐漸提高電熱器功率，使出口溫度升高至預(yù)計(jì)溫度?？梢愿鶕?jù)下式預(yù)先估計(jì)所需電功率：式中：為電熱器輸入功率()； 為進(jìn)出口溫度差()； 為每流過10升空氣所需的時(shí)間(). 4. 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)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄至表1中：(1)

22、 每10升空氣通過流量計(jì)所需時(shí)間(，s)；(2) 比熱儀進(jìn)口溫度即流量計(jì)的出口溫度(,)；(3) 比熱儀的出口溫度(,)；(4) 大氣壓力(，kPa)和流量計(jì)出口處的表壓(Pg，)；(5) 電熱器的輸出功率() 表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 大氣壓力： pa 測(cè)量值組號(hào)干球溫度濕球溫度比熱儀進(jìn)口溫度比熱儀出口溫度輸入功率流量計(jì)出口表壓 123455. 完成上述步驟后，改變加熱器功率，重復(fù)步驟14，測(cè)得不同出口溫度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（至少4組以上）。然后先后切斷加熱器及風(fēng)機(jī)電源，使儀器恢復(fù)原樣?？煞謩e設(shè)定為：40、60、80、100或100、120、140和160等。五、數(shù)據(jù)處理對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處

23、理方法如下：1. 根據(jù)流量計(jì)出口空氣的干球溫度和濕球溫度，確定空氣的相對(duì)濕度，根據(jù)和干球溫度從濕空氣的焓-濕圖(工程熱力學(xué)附圖)中查出含濕量(干空氣)，并根據(jù)下式計(jì)算出水蒸氣的容積成分：2. 電熱器消耗的電功率即為電熱器單位時(shí)間放出的熱量，則： 3. 干空氣流量(質(zhì)量流量)為： 4. 水蒸氣流量為： 5. 水蒸汽吸收的熱量： 6. 干空氣的定壓比熱為： ·7. 將上述實(shí)驗(yàn)的計(jì)算結(jié)果記錄在表2中。表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算表 計(jì)算值組號(hào)123458. 確定比熱隨溫度的變化關(guān)系假定在0250之間，空氣的真實(shí)定壓比熱與溫度之間近似地有線性關(guān)系，則由到的平均比熱為：因此，若以(t1+t2)/2為橫坐

24、標(biāo)，為縱坐標(biāo)，則可根據(jù)不同的溫度范圍內(nèi)的平均比熱確定截距和斜率，從而得出比熱隨溫度變化的計(jì)算式。如圖3所示。圖3 氣體定壓比熱與溫度的關(guān)系六、注意事項(xiàng)1. 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；2. 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；3. 加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止溫度計(jì)和比熱儀主體因溫度驟增降而破裂；4. 停止實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)切斷電熱器，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行十五分鐘左右(溫度較低時(shí)可適當(dāng)縮短)；5. 實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，必須確信氣流和測(cè)定儀的溫度狀況穩(wěn)定后才能讀數(shù)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 實(shí)驗(yàn)主要原理及設(shè)備3. 實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算結(jié)果

25、實(shí)驗(yàn)四 可視性飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?. 通過實(shí)驗(yàn)要測(cè)得一系列對(duì)應(yīng)于飽和壓力下的飽和蒸汽溫度，由此可以繪制出它們之間的關(guān)系曲線，并可與飽和水蒸汽熱力性質(zhì)表中相應(yīng)數(shù)值相比較。2. 學(xué)會(huì)溫度計(jì)、壓力表、調(diào)壓器和大氣壓力計(jì)等儀表的使用方法。3. 在測(cè)試中，能觀察到水在小容積容器金屬表面的泡態(tài)沸騰現(xiàn)象。4. 通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽關(guān)系圖表的編制方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)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。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本裝置由電加熱密封容器

26、(產(chǎn)生飽和蒸汽)、壓力表、溫控儀表等組成(見剖面圖1和面板圖2)。蒸餾水溫度計(jì)壓力表保溫棉密封容器機(jī)殼觀察窗電加熱器調(diào)壓器圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備剖面圖1.電接點(diǎn)真空壓力表（0.101.5MPa）；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(jì)（100250）；8.可控?cái)?shù)顯溫度儀；9.電流表；10.溫控調(diào)節(jié)器圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)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. 將溫控調(diào)節(jié)器(10)的溫度起始值設(shè)定為100，順時(shí)針調(diào)節(jié)電功率調(diào)節(jié)器(6)，將電流表(9)的電流調(diào)到1A，待水蒸氣

27、的溫度升至100，工況穩(wěn)定后，記錄下水蒸汽的壓力和溫度。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，溫度每增加5，溫度測(cè)一組數(shù)據(jù)，在00.6(表壓)范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)不少于10次，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄到表1。4. 實(shí)驗(yàn)完畢后，將調(diào)壓指針旋回零位，斷開電源。五、實(shí)驗(yàn)記錄和整理1. 記錄和計(jì)算(1) 實(shí)驗(yàn)裝置接通后要注意安全，不要隨意動(dòng)電源和真空表。(2) 實(shí)驗(yàn)裝置工作壓力小于0.7 MPa（表壓），切不可超壓操作。(3) 實(shí)驗(yàn)最大工作壓力為8個(gè)大氣壓，所以實(shí)驗(yàn)中一定要注意安全，不要隨意動(dòng)壓力表和排氣閥。其記錄表格如下：表1 可視性飽和蒸氣關(guān)系測(cè)量記錄 室溫：實(shí)驗(yàn)次數(shù)飽和壓力（）飽和溫度（）相對(duì)誤差壓力表讀數(shù)P 大氣壓力 絕對(duì)壓力P=P+

28、B溫度計(jì)讀值理論值123456789102. 繪制P-t關(guān)系曲線：(1) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在普通坐標(biāo)上，清除偏離點(diǎn)，繪制曲線。圖3 飽和水蒸氣壓力和溫度的關(guān)系曲線(2) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，則基本呈一直線。圖4 飽和蒸汽壓力和溫度的關(guān)系對(duì)數(shù)曲線表2 對(duì)數(shù)曲線 壓力六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒襟E； 2. 說明實(shí)驗(yàn)設(shè)備； 3. 實(shí)驗(yàn)記錄及計(jì)算； 4. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在普通坐標(biāo)和對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。實(shí)驗(yàn)五 用球體法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)用球體法測(cè)定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。2. 了解溫度測(cè)量過程及溫度傳感元件。二、實(shí)驗(yàn)原理 球體法適用于測(cè)定顆粒狀(或粉末)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。球體導(dǎo)熱裝置是按通過球壁一維穩(wěn)定導(dǎo)熱原理設(shè)計(jì)的。其原理是：在兩直徑不同的同心圓球可組成的空腔內(nèi)，充滿被測(cè)試材，使試材形成為一定厚度的環(huán)球殼層。實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于內(nèi)球被加熱，因此，其溫度大于外球，熱量由內(nèi)向外傳遞。 由于內(nèi)外球是完全同心的，被測(cè)試材是均質(zhì)的，且內(nèi)外兩球壁表面溫度是均勻的(忽略試材與壁面之間間隙對(duì)導(dǎo)熱的影響)，因此，通過試材的導(dǎo)熱可視為一維導(dǎo)熱，其熱流量可用下式計(jì)算。 (1)式中：由內(nèi)球通過試材導(dǎo)