熱工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(2009.2)

1、熱工實(shí)驗(yàn)指 導(dǎo) 書唐慕萱 王素美 姜慧娟?yáng)|南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院二O O九年二月目 錄實(shí)驗(yàn)一 空氣定壓比熱容測(cè)定2實(shí)驗(yàn)二 空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定7實(shí)驗(yàn)三 噴管實(shí)驗(yàn)氣體在噴管中流動(dòng)性能的測(cè)定11實(shí)驗(yàn)四 管道沿程阻力測(cè)定19實(shí)驗(yàn)五 圓柱、機(jī)翼等物體的繞流流動(dòng)顯示觀察24 實(shí)驗(yàn)六 繞圓柱體壓力分布的測(cè)定26實(shí)驗(yàn)七 穩(wěn)態(tài)雙平板法測(cè)定非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)30實(shí)驗(yàn)八 恒熱流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料熱物性34實(shí)驗(yàn)九 空氣橫掠圓柱體時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)定39實(shí)驗(yàn)十 輻射換熱角系數(shù)的測(cè)定49實(shí)驗(yàn)十一 材料表面法向熱發(fā)射率（黑度）的測(cè)定52附 錄 56實(shí)驗(yàn)一 空氣定壓比熱容測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.增強(qiáng)熱物性實(shí)驗(yàn)研究方面的感性認(rèn)識(shí)

2、，促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際，了解氣體比熱容測(cè)定的基本原理和構(gòu)思。2.學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)中所涉及的各種參數(shù)的測(cè)量方法，掌握由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱容數(shù)值和比熱容關(guān)系式的方法。3.學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)中所用各種儀表的正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由熱力學(xué)可知，氣體定壓比熱容的定義式為 （1）在沒(méi)有對(duì)外界作功的氣體定壓流動(dòng)過(guò)程中，, 此時(shí)氣體的定壓比熱容可表示為 （2）當(dāng)氣體在此定壓過(guò)程中由溫度t1被加熱至t2時(shí)，氣體在此溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱容可由下式確定 (kJ/kg) (3)式中，M 氣體的質(zhì)量流量，kg/s;Qp氣體在定壓流動(dòng)過(guò)程中吸收的熱量，kJ/s。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(shí)，其中的水蒸汽

3、也要吸收熱量，這部分熱量要根據(jù)濕空氣的相對(duì)濕度來(lái)確定。如果計(jì)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。低壓氣體的比熱容通常用溫度的多項(xiàng)式表示，例如空氣比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式為(kJ/kgK)式中T為絕對(duì)溫度，單位為K。該式可用于250600K范圍的空氣，平均偏差為0.03%，最大偏差為0.28%。在距室溫不遠(yuǎn)的溫度范圍內(nèi)，空氣的定壓比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線性的，即可近似的表示為 （4）由t1加熱到t2的平均定壓比熱容則為 (5)這說(shuō)明，此時(shí)氣體的平均比熱容等于平均溫度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2時(shí)的定壓比熱容。因此，可以對(duì)某一氣

4、體在n個(gè)不同的平均溫度t m i下測(cè)出其定壓比熱容c p m i ，然后根據(jù)最小二乘法原理，確定 （6） （7）從而便可得到比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置圖1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、測(cè)試比熱容儀器本體、電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)共四部分組成，如圖1所示。2.比熱容儀器本體由圖2所示。3.空氣（或其它氣體）由風(fēng)機(jī)經(jīng)流量計(jì)送入比熱容儀本體，經(jīng)加熱、均流、旋流、混流、測(cè)溫后流出。氣體流量由節(jié)流閥控制，氣體出口溫度由輸入電加熱器的電壓調(diào)節(jié)。4.該比熱容儀可測(cè)量300以下氣體的定壓比熱容。 圖 2 比熱容儀本體圖 四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖1所示接好電源線和測(cè)量?jī)x表。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后接

5、通電源，將選擇所需的出口溫度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹槽中。2.小心取下流量計(jì)上的溫度計(jì)。開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)流閥，使流量保持在預(yù)定值附近，測(cè)出流量計(jì)出口處的干球溫度t a和濕球溫度t w。3.將溫度計(jì)放回原位。調(diào)節(jié)流量，使它保持在預(yù)定值附近。調(diào)節(jié)電壓，開(kāi)始加熱（加熱功率的大小取決于氣體流量和氣流進(jìn)出口溫度差，可依據(jù)關(guān)系式Q =K 12 t /進(jìn)行估算，式中Q為加熱功率，W；t為比熱容儀本體進(jìn)出口溫度差，；為每流過(guò)10升空氣所需要的時(shí)間, s；K為設(shè)備修正系數(shù) ）。4.待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘內(nèi)無(wú)變化或有微小變化，即可視為穩(wěn)定），即可采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。需采集的數(shù)據(jù)有：(1)每10升氣體通過(guò)流量計(jì)時(shí)所需

6、的時(shí)間（s）；(2)比熱容儀進(jìn)口溫度 t 1 （）與出口溫度 t 2 （）；(3)當(dāng)時(shí)大氣壓力B （mmHg） 和流量計(jì)出口處的表壓力h （mmH2O）；(4)電加熱器的電壓U （V） 和電流 I ( A )；5.改變電壓，使出口溫度改變并達(dá)到新的預(yù)定值，重復(fù)步驟4。在允許的時(shí)間內(nèi)可多做幾次實(shí)驗(yàn)。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入所列的原始數(shù)據(jù)表中。五、計(jì)算公式1.根據(jù)流量計(jì)出口處空氣的干球溫度 t a和濕球溫度 t w，在干濕球溫度計(jì)上讀出空氣的相對(duì)濕度，再?gòu)臐窨諝獾撵蕽駡D上查出濕空氣的含濕量d (g水蒸汽 / kg干空氣)，計(jì)算出水蒸汽的容積成分r w 2.電加熱器消耗的功率可由電壓和電流的乘積計(jì)算，但要

7、考慮電流表的內(nèi)耗。如電壓表和電流表采用圖1所示的接法，則應(yīng)扣除電流表的內(nèi)耗。設(shè)電流表的內(nèi)阻為RmA()，則可得電加熱器單位時(shí)間放出的熱量 kJ/s3.干空氣流量為 kg/s4.水蒸汽流量為 kg/s5.水蒸汽吸熱量為 kJ/s6.干空氣吸熱量為六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理，簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)并畫出簡(jiǎn)圖。2.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果。3.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示在c pm t m 的坐標(biāo)圖上，用（6）和（7）式確定A、B，確定平均定壓比熱容與平均溫度的關(guān)系式（5）和定壓比熱容與溫度的關(guān)系式（4）。4.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。七、注意事項(xiàng)1.切勿在無(wú)氣流通過(guò)的情況下使加熱器投入工作，

8、以免引起局部過(guò)熱而損壞比熱容儀本體。2.輸入加熱器的電壓不得超過(guò)220伏，氣體出口最高溫度不得超過(guò)300。3.加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止比熱容儀本體和溫度計(jì)因溫度驟升或驟降而損壞。4.停止實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先切斷電加熱器，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作十五分鐘左右。八、思考題1.如何在實(shí)驗(yàn)方法上考慮消除電加熱器熱損失的影響？2.用你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明加熱器的熱損失對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響怎樣？3.測(cè)定濕空氣的干、濕球溫度時(shí)，為什么要在濕式流量計(jì)的出口處而不在大氣中測(cè)量？4.在本實(shí)驗(yàn)裝置中，如把濕式流量計(jì)連接位置改在比熱容儀器的出口處，是否合理？為什么？實(shí)驗(yàn)二 空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)測(cè)量空氣絕熱指數(shù)的方法。2.通過(guò)

9、實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)運(yùn)用熱力學(xué)基本理論處理實(shí)際問(wèn)題的能力。3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步加深對(duì)剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理在熱力學(xué)中，氣體的定壓比熱容c p和定容比熱容c v之比被定義為該氣體的絕熱指數(shù)，并以k表示，即。本實(shí)驗(yàn)利用定量氣體在絕熱膨脹過(guò)程和定容加熱過(guò)程中的變化規(guī)律來(lái)測(cè)定空氣絕熱指數(shù)k 。該實(shí)驗(yàn)過(guò)程的pv 圖，如圖1所示。圖中A B為絕熱膨脹過(guò)程；B C為定容加熱過(guò)程。因?yàn)锳 B為絕熱過(guò)程，所以 （1） B C為定容過(guò)程，所以。假設(shè)狀態(tài)A與C所處的溫度相同，對(duì)于狀態(tài)A、C可得： （2） 將（2）式兩邊k次方得 圖 1 （3） 比較（1）、（3）兩式，可得 將上式兩邊取對(duì)數(shù)，可得 （4）因

10、此，只要測(cè)出A、B、C三個(gè)狀態(tài)下的壓力pA、pB、pC ，且將其代入（4）式，即可求得空氣的絕熱指數(shù)k 。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖2所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器進(jìn)行充氣，至狀態(tài)A，由U形管差壓計(jì)測(cè)得狀態(tài)A的表壓h A ( mmH2O )，如圖3狀態(tài)A，我們選取容器內(nèi)一分氣體作為研究對(duì)象，其體積為VA，壓力為pA，溫度為TA，假設(shè)通過(guò)排氣閥放氣，使其壓力與大氣壓被力相平衡，恰好此時(shí)的氣體膨脹至整個(gè)容器（體積為VB），立即關(guān)閉排氣閥，膨脹過(guò)程結(jié)束。因?yàn)镻B = pa（大氣壓力），由于此過(guò)程進(jìn)行得十分迅速，可忽略過(guò)程的熱交換，因此可認(rèn)為此過(guò)程為定量氣體的絕熱膨脹過(guò)程，即由狀態(tài)A (pA

11、、VA、TA)絕熱膨脹至狀態(tài)B (pB、VB、TB)。（注意VB等于容器體積，VA為一小于容器體積的假象體積）。處于狀態(tài)B的氣體，由于其溫度低于環(huán)境溫度，則剛性容器內(nèi)的氣體通過(guò)容器壁與環(huán)境交換熱量，當(dāng)容器內(nèi)的氣體溫度與環(huán)境溫度相等時(shí)，系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)C (pC、VC、TC)。若忽略剛性容器的體積變化，此過(guò)程可認(rèn)為是定容加熱過(guò)程。此時(shí)容器內(nèi)氣體的壓力可由U形差壓計(jì)測(cè)得hC ( mmH2O )。至此，被選為研究對(duì)象的氣體，從A經(jīng)過(guò)絕熱膨脹過(guò)程至B，又經(jīng)過(guò)定容加熱過(guò)程至C，且狀態(tài)A、C所處的溫度同為環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)了圖1中所示的過(guò)程。圖 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖圖 3 氣體熱力過(guò)程示意圖 四、實(shí)驗(yàn)步驟1

12、.實(shí)驗(yàn)前，認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，了解實(shí)驗(yàn)原理2.進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，參考實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，對(duì)照實(shí)物熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備。3.實(shí)驗(yàn)中，由于對(duì)裝置的氣密性要求較高，因此，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，首先應(yīng)檢查裝置的氣密性。方法是，通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器充氣至狀態(tài)A，使hA = 200 ( mmH2O )左右，過(guò)幾分鐘后觀察水柱的變化，若不變化，說(shuō)明氣密性滿足要求；若有變化，則說(shuō)明裝置漏氣。此步驟一定要認(rèn)真，否則，將給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，同時(shí)讀出hA的值。4.右手轉(zhuǎn)動(dòng)排氣閥，在氣流流出的聲音“拍”消失的同時(shí)關(guān)上排氣閥（此時(shí)，恰到好處，實(shí)驗(yàn)操作者在實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始前要多練習(xí)幾次）。5.待U型管差壓計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀出hC（大約需5分鐘左右的

13、時(shí)間）。6.重復(fù)上述步驟，多做幾遍，將實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)填在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格中，并求k值。五、計(jì)算公式如果將前述的（4）式直接用于實(shí)驗(yàn)計(jì)算的話，那是比較麻煩的。因此，針對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)條件，現(xiàn)將（4）式進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。設(shè)U型管差壓計(jì)的封液（水）的重度為= 9.81×103 （N/m3），實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓力則為pa103（mmH2O）。因此，狀態(tài)A的壓力可表示為pA= pa + hA，狀態(tài)B的壓力可表示為pB = pa，狀態(tài)C的壓力可表示為pC = pa + hC。將其代入（4）式得 （5）實(shí)驗(yàn)中由于剛性容器的限制，一般取200（mmH2O），且 ，因此有 ， 。所以，按照近似的方法，（5）式可簡(jiǎn)化

14、為 （6）這即為利用本實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定空氣絕熱指數(shù)k的簡(jiǎn)化（近似）計(jì)算公式。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和整理室 溫ta 大氣壓力pa mmHg濕 度 %。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表序號(hào)hA (mmH2O)hC (mmH2O)hA - hCk=hA/(hA-hC)12345678910ki/10七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，了解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)真動(dòng)手操作。2.書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其內(nèi)容除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和整理外，還包括實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)述、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析及討論。八、實(shí)驗(yàn)思考題1.漏氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？2.實(shí)驗(yàn)中，充氣壓力選得過(guò)大或過(guò)小，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？3.空氣的濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？4.在定容加

15、熱過(guò)程中，如何確定容器內(nèi)的氣體溫度回到了初溫？5.若實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)動(dòng)排氣閥的速度較慢，這將對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生何種影響？6.本實(shí)驗(yàn)所選定的熱力系對(duì)剛性容器而言是開(kāi)口變質(zhì)量熱力系，請(qǐng)按開(kāi)口系統(tǒng)導(dǎo)出（4）式。實(shí)驗(yàn)三 噴管試驗(yàn)氣體在噴管中流動(dòng)性能的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1.鞏固和驗(yàn)證有關(guān)噴管基本理論。熟悉不同形式噴管的機(jī)理，掌握氣流在噴管中的流速、流量、壓力變化的基本規(guī)律及有關(guān)測(cè)試方法。2.對(duì)漸縮噴管和縮放噴管進(jìn)行下列測(cè)定(1)測(cè)定不同工況（初壓P1不變，改變背壓Pb）時(shí)氣流在噴管中的流量M；繪制MPb曲線；比較最大流量Mmax的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值；確定臨界壓力Pc。(2)測(cè)定不同工況時(shí)氣流沿噴管各截面（軸線位置

16、x）的壓力P的變化；繪制出一組Px曲線；分析比較臨界壓力Pc的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值；觀察和記錄Pc出現(xiàn)在噴管中的位置。(3)將MPb曲線和Px曲線相比較，分析異同點(diǎn)及原因。二、實(shí)驗(yàn)原理1.在穩(wěn)定流動(dòng)中，噴管任何截面上質(zhì)量流量都相等。且不隨時(shí)間變化。若初速度為0,流量大小可由下式?jīng)Q定式中：k氣體的絕熱指數(shù)； f2噴管出口截面積，m2; v2氣體比體積，m3/kg ;p 壓力，Pa。下標(biāo)符號(hào)：1指噴管入口，2指噴管出口。若降低背壓，使?jié)u縮噴管的出口壓力p2或縮放噴管的喉部壓力降至臨界壓力pc時(shí)，噴管中的流量便達(dá)到最大值，相應(yīng)的計(jì)算公式為 臨界壓力pc的大小為 漸縮噴管中的流量M一旦達(dá)到最大值，再降低背壓

17、pb,流量M保持不變。流量M隨背壓pb的變化關(guān)系如圖1所示（虛線表示理想氣流，實(shí)線表示實(shí)際氣流）?？s放噴管與漸縮噴管的不同點(diǎn)是，流量達(dá)到最大值時(shí)的最高背壓(pb),不再是pc而應(yīng)是某一壓力pf 。流量M隨背壓pb的變化關(guān)系如圖2所示（虛線表示理想氣流，實(shí)線表示實(shí)際氣流）。2.沿噴管軸線x各截面的壓力p，在噴管形狀和工質(zhì)的初態(tài)及背壓一定時(shí)，可根據(jù)連續(xù)性方程和狀態(tài)方程計(jì)算得到，也可用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得如圖3、4所示的圖形。（1）圖3所示的一組曲線表明，理論上漸縮噴管內(nèi)任何截面的壓力都不可能低于臨界壓力pc,當(dāng)背壓低于pc時(shí)氣流在噴管外繼續(xù)膨脹。（2）圖4所示的一組曲線表示在不同的背壓pb下,縮放噴管內(nèi)各

18、截面上壓力p的變化情況。當(dāng)pbpd,管內(nèi)膨脹不足。只能在管外繼續(xù)膨脹。當(dāng)pbpd，氣流在管內(nèi)得到完全膨脹。出口壓力與背壓pb一致，稱為設(shè)計(jì)工況。相應(yīng)地，稱pbpd為超設(shè)計(jì)工況，pbpd為亞設(shè)計(jì)工況。對(duì)于亞設(shè)計(jì)工況，當(dāng)pdpbpe,氣流在管內(nèi)膨脹過(guò)渡，出口壓力仍為pd，但隨即在出口產(chǎn)生斜激波（pbpe ）或正激波（pbpe），使壓力由pd升高至pb。當(dāng)pepbpf。正激波由管口移到了管內(nèi)。pb越高越往前移。通過(guò)正激波壓力躍升。氣流由超音速變?yōu)閬喴羲?，然后沿?cái)U(kuò)大段擴(kuò)壓減速流至出口，壓力等于背壓pd。對(duì)于上述pbpf諸情況，喉部始終保持臨界狀態(tài)。當(dāng)pbpf時(shí),整個(gè)噴管內(nèi)都是亞音速，喉部不再是臨界狀態(tài)

19、，縮放噴管成為文丘利管。三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體、真空泵、測(cè)量?jī)x表三大部分組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)如圖5所示?？諝庾晕鼩饪?進(jìn)入進(jìn)氣管2,流過(guò)孔板流量計(jì)3,流量的大小可以從U形管差壓計(jì)4讀出。噴管5用有機(jī)玻璃制成，有漸縮和縮放兩種形式，如圖6、7所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，可松開(kāi)夾持法蘭上的螺栓，向左推開(kāi)進(jìn)氣管的三輪支架6,更換所需的噴管。噴管各截面上的壓力由插入噴管內(nèi)的測(cè)壓探針13連接至移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)真空表8測(cè)量。它們的移動(dòng)通過(guò)手輪螺桿機(jī)構(gòu)9實(shí)現(xiàn)。在噴管后的排氣管上還裝有背壓真空表7。真空罐11起穩(wěn)定背壓的作用。罐內(nèi)的真空度通過(guò)背壓調(diào)節(jié)閥10來(lái)調(diào)節(jié)。為減少振動(dòng)，真空罐與真空泵之間用軟管12連接。真空泵

20、是1401型，排氣量3200kg/min。四、實(shí)驗(yàn)步驟分別對(duì)漸縮噴管和縮放噴管進(jìn)行如下操作：1.裝好噴管。2.對(duì)真空泵作開(kāi)車前檢查（檢查傳動(dòng)系統(tǒng)、油路、水路），打開(kāi)背壓調(diào)節(jié)閥，用手轉(zhuǎn)動(dòng)真空泵飛輪一周，去掉氣缸中過(guò)量的油，開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)。當(dāng)達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。3.將測(cè)壓探針上的測(cè)壓孔移至噴管出口之外一段距離之后保持不動(dòng)，此時(shí)p2pb。改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)背壓pb自p2 開(kāi)始逐漸降低，記錄在不同pb下的孔板壓差p值。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意記錄下p開(kāi)始達(dá)到最大值時(shí)的pb，以求得pc或pf值。4.調(diào)節(jié)出某一背壓pb后，搖動(dòng)手輪，使x自噴管進(jìn)口逐步移至出口外一段距離。記錄下不同x值下的p值，以測(cè)定不同工況下的p

21、x曲線。5.停車。1吸氣口；2進(jìn)氣管；3流量計(jì)；4U型管差壓計(jì)；5噴管；6三輪支架；7背壓真空表；8真空表；9手輪螺桿機(jī)構(gòu)；10背壓調(diào)節(jié)閥；11真空罐；12軟管； 13測(cè)壓探針圖5 實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖6 漸縮噴管 圖7 縮放噴管6.原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄。（1）數(shù)據(jù)記錄：設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：當(dāng)?shù)卮髿鈮?、溫度、?shí)驗(yàn)環(huán)境狀況。（3）實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù)記入附表內(nèi)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1.因進(jìn)氣管中氣流速度很低，在最大流速時(shí)其數(shù)量級(jí)1m/s，故可近似認(rèn)為初壓p1和初溫t1即是氣流的總壓（滯止壓力）和總溫（滯止溫度）。初溫t1等于大溫度ta，初壓p1略低于大氣壓pa，可按下式計(jì)算 式中：pU形管差壓

22、計(jì)讀數(shù),mmH2O。 2.孔板流量計(jì)流量的計(jì)算公式為式中: 幾何修正系數(shù)，等于1;pU形管差壓計(jì)讀數(shù),mmH2O;流速膨脹系數(shù)； 氣態(tài)修正系數(shù) pa大氣壓力，mbar; ta大氣溫度，。圖8為孔板流量計(jì)的關(guān)系曲線。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求及內(nèi)容1.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理與過(guò)程。2.繪出實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，并標(biāo)出各主要設(shè)備名稱。3.各種數(shù)據(jù)的原始記錄。4.數(shù)據(jù)整理過(guò)程舉例及各過(guò)程中使用公式和各項(xiàng)的單位。5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析。包括：最大流量Mmax、臨界壓力；用座標(biāo)紙繪出Mpb曲線和px曲線；對(duì)實(shí)驗(yàn)值與理論值進(jìn)行分析。6. 回答思考題。七、 思考題1.何為噴管的臨界狀態(tài)？ 臨界壓力如何確定？2.漸縮和縮放噴管出口截面壓

23、力與背壓之間有何關(guān)系？3.氣流在漸縮形噴管及縮放形噴管的出口截面上壓力均能降到臨界壓力以下嗎？4.工況一定，流經(jīng)噴管內(nèi)不同截面的流量相同嗎？噴管實(shí)驗(yàn)記錄（一） 室溫：ta （單位） 大氣壓力：pa （單位）噴管類型最小截面積（m2）主 要 參 數(shù)噴 管 流 量噴管入口壓力p1噴管背壓pb孔板壓差p（單位）流速膨脹系 數(shù)流量M （單位）M×10n真空度(單位)絕對(duì)壓力（單位）真空度（單位）絕對(duì)壓力（單位）噴管實(shí)驗(yàn)記錄（二）噴管類型噴管截面至入口距離x mm截 面 壓 力 p (單位)pbpc（或pbpdpbpc (或pdpbpf)pbpc(或pbpf)真空度絕對(duì)壓力真空度絕對(duì)壓力真空度

24、絕對(duì)壓力05101520253035404550實(shí)驗(yàn)四 管道沿程阻力測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解影響沿程阻力的因素。2.找出沿程阻力系數(shù)與雷諾準(zhǔn)則的關(guān)系=f(Re)。3.學(xué)會(huì)將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)整理成經(jīng)驗(yàn)公式的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理人們?cè)谟嘘P(guān)流動(dòng)阻力的廣泛實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：流體流動(dòng)阻力的變化規(guī)律與其流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，而流體的流動(dòng)狀態(tài)有層流和紊流之分。英國(guó)物理學(xué)家雷諾首先用流動(dòng)可視化的辦法，證實(shí)了流動(dòng)中確實(shí)存在著層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)。這對(duì)流體沿管道流動(dòng)所受到的阻力規(guī)律，給出了合理的解釋。雷諾不僅形象地揭示了兩種不同的流態(tài)，而且通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，建立了一個(gè)判別流態(tài)的無(wú)量綱準(zhǔn)則-雷諾準(zhǔn)則 (1)不論什么性質(zhì)的

25、流體(,),也不論在尺寸(d)多大的管道中以多高的平均流速(V)流動(dòng)，凡Re2000的流動(dòng)就是層流, Re2000的流動(dòng)就屬于紊流了。流體沿內(nèi)徑均勻的管道流動(dòng)時(shí)，所產(chǎn)生的沿程損失hf是與管長(zhǎng)l管徑d管壁粗糙度Ks流體的平均流速V密度粘度以及流態(tài)有關(guān)。根據(jù)相似原理分析，hf可由下面的關(guān)系式表示令 則 (2)式中，稱為沿程阻力系數(shù)。此式為最常用的達(dá)西公式。由此可知，只要決定了沿程阻力系數(shù)，計(jì)算沿程損失的問(wèn)題就解決了。但是，沿程阻力系數(shù)是雷諾準(zhǔn)則Re和管壁粗糙度Ks/d的函數(shù)，它只能用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理而成的實(shí)驗(yàn)曲線或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，要把對(duì)應(yīng)于不同雷諾準(zhǔn)則和不同相對(duì)粗糙度的=f (Re,Ks/d) 曲線

26、通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法做出來(lái)，這本身就是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，限于條件，只能就一種特定Ks/d的管道，在不同的Re下做若干個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，把這些實(shí)驗(yàn)點(diǎn)畫在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上可得到一條曲線(如圖一所示)。這條曲線的直線段在縱坐標(biāo)上的截距是logK，直線段的斜率n = tg是可以在圖上得到的。由此可以得出直線段的數(shù)學(xué)方程式 (3)或 (4)這便是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確立=f (Re) 曲線上直線段的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即是通常所采用的經(jīng)驗(yàn)公式。實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需測(cè)出通過(guò)管內(nèi)流體的平均流速V和這一段實(shí)驗(yàn)管的沿程損失hf，就可由（2）式計(jì)算出，即 (5)改變管內(nèi)水的流速，便可得到在不同雷諾數(shù)Re下的沿程阻力系數(shù)值，從而將這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按

27、前述方法回歸出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備本實(shí)驗(yàn)裝置如圖二所示。根據(jù)壓差大小,有兩種測(cè)量形式:形式 壓差計(jì)測(cè)壓差.低壓差用水壓差計(jì)測(cè)量,主要用于管內(nèi)流體在層流段流動(dòng)的測(cè)量。形式 電子測(cè)壓儀測(cè)壓差。高壓差用電子測(cè)壓儀測(cè)量, 主要用于管內(nèi)流體在紊流段流動(dòng)的測(cè)量。 電子測(cè)壓儀的連接如圖三所示。本實(shí)驗(yàn)裝置由以下幾個(gè)主要部分組成:1.自動(dòng)水泵與穩(wěn)壓器自循環(huán)高壓恒定自動(dòng)供水器由離心泵、自動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)、氣水壓力罐式穩(wěn)壓器等組成。壓力超高時(shí)能自動(dòng)停機(jī)，過(guò)低時(shí)能自動(dòng)開(kāi)機(jī)。為避免因水泵直接向?qū)嶒?yàn)管道供水而造成的壓力波動(dòng)等影響，離心泵的輸水是先經(jīng)入穩(wěn)壓器的壓力罐，經(jīng)穩(wěn)壓后再送向?qū)嶒?yàn)管道。2.旁通管與旁通閥由于本實(shí)驗(yàn)裝置

28、所采用水泵的特性，在供小流量時(shí)有可能時(shí)開(kāi)時(shí)停，從而造成供水壓力的較大波動(dòng)。為了避免這種情況出現(xiàn)，供水器設(shè)有與蓄水箱直通的旁通管(圖中未標(biāo)出)，通過(guò)分流可使水泵持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。旁通管中設(shè)有調(diào)節(jié)分流量至蓄水箱的閥門，即旁通閥門，實(shí)驗(yàn)流量隨旁通閥開(kāi)度減小(分流量減小)而增大。實(shí)際上旁通閥又是本實(shí)驗(yàn)裝置用以調(diào)節(jié)流量的重要閥門之一。3.穩(wěn)壓筒為了簡(jiǎn)化排氣并防止實(shí)驗(yàn)中再進(jìn)氣，在傳感器前連接由2只沖水(不滿頂)之密封立筒構(gòu)成。4.電子測(cè)壓儀由壓力傳感器和主機(jī)兩部分組成。經(jīng)由連通管將其接入測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖三)。壓差讀數(shù)(以厘米水柱為單位)通過(guò)主機(jī)顯示。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備，搞清各組成部件的名稱、作用及其工作

29、原理；檢查蓄水箱水位是否夠高及旁通閥12是否已關(guān)閉。否則予以補(bǔ)水并關(guān)閉閥門。2.接通電源，全開(kāi)閥門12，打開(kāi)供水閥13，水泵自動(dòng)開(kāi)啟供水。3.夾緊水壓差計(jì)止水夾，打開(kāi)出水閥10和進(jìn)水閥13（逆時(shí)針向），關(guān)閉旁通閥12（順時(shí)針向），啟動(dòng)水泵排除管道中的氣體。4.全開(kāi)閥12，關(guān)閉閥10，松開(kāi)水壓差計(jì)止水夾，并旋松F1,排除水壓差計(jì)中的氣體。隨后關(guān)閉閥13，打開(kāi)閥10，使水壓差計(jì)的液面降至標(biāo)尺零指示附近，即旋緊F1。再次開(kāi)啟閥13，并立即關(guān)閉閥10，稍后片刻檢查水壓差計(jì)液面是否齊平，如不平則需重調(diào)。5.水壓差計(jì)液面齊平時(shí)，則可旋開(kāi)電測(cè)儀排氣旋鈕，對(duì)電測(cè)儀的水管通水、排氣，并將電測(cè)儀調(diào)至“000”顯示

30、。6.實(shí)驗(yàn)裝置通水排氣后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。在閥12和閥13全開(kāi)的前提下，逐次開(kāi)大出水閥10，每次調(diào)節(jié)流量時(shí)均需穩(wěn)定23分鐘，流量愈小，穩(wěn)定時(shí)間愈長(zhǎng)；測(cè)流量的時(shí)間不小于810秒；測(cè)流量的同時(shí)，需測(cè)量記錄水壓差計(jì)（或電測(cè)儀）、溫度計(jì)（溫度計(jì)應(yīng)掛在水箱中）等的數(shù)值。層流段：應(yīng)在水壓差計(jì)h202（夏季）h302（冬季）量程范圍內(nèi)，測(cè)量并記錄45組數(shù)據(jù)。紊流段：夾緊水壓差計(jì)止水夾，開(kāi)大流量，用電測(cè)儀記錄值，每次增量可按h100 C2遞增，直至測(cè)出的最大值。閥門操作次序是當(dāng)閥13、閥10開(kāi)至最大后，逐漸關(guān)閉閥12，直至顯示最大值。7.結(jié)束實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)全開(kāi)閥12，關(guān)閉閥10，檢查說(shuō)水壓差計(jì)與電測(cè)儀是否指示為

31、零，若均為零，則關(guān)閉閥13，切斷電源。否則，表明差壓計(jì)已進(jìn)氣，需重新做此實(shí)驗(yàn)。記錄管徑、實(shí)驗(yàn)段管長(zhǎng)度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)請(qǐng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師過(guò)目。經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師同意后，關(guān)閉進(jìn)出口水閥，切斷電源并整理好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.記錄以下數(shù)據(jù)，并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入表內(nèi)。實(shí)驗(yàn)段管徑d 實(shí)驗(yàn)段管長(zhǎng)l 85 2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)在層流段的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算的沿程阻力系數(shù)與理論值進(jìn)行比較。用紊流段的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制=f (Re) 曲線。由于值較小，故在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制時(shí)，縱坐標(biāo)用100值，橫坐標(biāo)用Re值。寫出曲線上直線段的數(shù)學(xué)表達(dá)式。3.回答思考題。六、思考題1.為

32、什么壓差計(jì)的水柱差就是沿程水頭損失？如果實(shí)驗(yàn)管道安裝成傾斜，是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？2.為什么要排除實(shí)驗(yàn)段內(nèi)和差壓計(jì)內(nèi)的空氣？3.影響實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的主要因素是什么如何提高測(cè)量精度？實(shí)驗(yàn)五 圓柱機(jī)翼等物體的繞流流動(dòng)顯示觀察一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察流體繞不同物體流動(dòng)時(shí)的各種流動(dòng)現(xiàn)象，由繞流圖象定性說(shuō)明繞流特性。1.繞圓柱體的流動(dòng)。2.繞機(jī)翼無(wú)分離和有分離的流動(dòng)。3.觀察流體流過(guò)文丘利管、孔板、突擴(kuò)和突縮、閘板等流段縱剖面上的流線。二、實(shí)驗(yàn)原理 流動(dòng)顯示技術(shù)是流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)中一門重要而且發(fā)展迅速的技術(shù)，它能把透明介質(zhì)，比如空氣水等介質(zhì)的流動(dòng)現(xiàn)象，由不能直接看見(jiàn)而顯示成能夠直觀的圖象，從而提供了分析探討流動(dòng)問(wèn)題的豐富

33、材料。流動(dòng)顯示技術(shù)對(duì)流體力學(xué)的發(fā)展起著重要作用，掌握這類技術(shù)，對(duì)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)工作者甚為重要。本實(shí)驗(yàn)采用最先進(jìn)的電化學(xué)法顯示流線，用狹縫式流道組成過(guò)流面（圖一）。流動(dòng)過(guò)程采取封閉自循環(huán)形式。水泵開(kāi)起，工作液體流動(dòng)，在電極的作用下，工作液體形成電解并產(chǎn)生數(shù)十條色線，這些色線可看成是一條條流線。當(dāng)物體被置于流場(chǎng)中時(shí)，其尾部的流線將產(chǎn)生擾動(dòng)，這擾動(dòng)所形成的色線圖形即為該物體的繞流圖象。三、實(shí)驗(yàn)步驟與說(shuō)明打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)和泵開(kāi)關(guān)，稍等片刻，流線儀即可顯示流線。本實(shí)驗(yàn)所用流線顯示儀共有三種，分別用以演示機(jī)翼繞流，圓柱繞流和管渠過(guò)流。1.演示機(jī)翼繞流的流線分布。由圖一可見(jiàn)，機(jī)翼向天側(cè)（外包線曲率較大）流線較密，

34、由連續(xù)方程和能量方程知，流線密，表明流速大，壓強(qiáng)低；而在機(jī)翼向地側(cè)，流線較疏，壓強(qiáng)較高。這表明整個(gè)機(jī)翼受到一個(gè)向上的合力，該力被稱為升力。在機(jī)翼腰部開(kāi)有溝通兩側(cè)的孔道，孔道中有染色電極。在機(jī)翼兩側(cè)壓力差的作用下，必有分流經(jīng)孔道從向地側(cè)流至向天側(cè)，這可通過(guò)孔道中染色電極釋放的色素顯現(xiàn)出來(lái)，染色液體流動(dòng)的方向，即升力方向。此外，在流道出口端（上端）還可觀察到流線匯集到一處，并無(wú)交叉，從而驗(yàn)證流線不會(huì)重合的特性。2.演示圓柱繞流。因?yàn)榱魉俸艿停s為0.51.0s），能量損失極小，可略。其流動(dòng)可視為勢(shì)流。因此所顯示的流譜上下游幾乎完全對(duì)稱。這與圓柱繞流勢(shì)流理論流譜基本一致；圓柱兩側(cè)轉(zhuǎn)捩點(diǎn)趨于重合，零流

35、線（沿圓柱表面的流線）在前駐點(diǎn)分成左右2支，經(jīng)90°點(diǎn)（uumax）,而后在背滯點(diǎn)處又合二為一了。這是由于繞流液體是理想液體（勢(shì)流必備條件之一），由伯努里方程知，圓柱繞流在前駐點(diǎn)（u0）勢(shì)能最大，90°點(diǎn)（uumax）,勢(shì)能最小1，而到達(dá)后滯點(diǎn)（u0），動(dòng)能又全轉(zhuǎn)換為勢(shì)能，勢(shì)能又最大。故其流線又復(fù)原到駐點(diǎn)前的形狀。3.演示文丘利管、孔板、漸縮和突然擴(kuò)大、突然縮小、明渠閘板等流段縱剖面上的流譜。演示是在小Re數(shù)下進(jìn)行，液體在流經(jīng)這些管段時(shí)，有擴(kuò)有縮。由于邊界本身亦是一條流線，通過(guò)在邊界上特布設(shè)的電極，該流線亦能得以演示。各種演示看完后，關(guān)閉流線演示儀泵開(kāi)關(guān)和電源開(kāi)關(guān)，并整理好

36、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。四、思考題1.駐滯點(diǎn)的流線為何可分又可合，這與流線的性質(zhì)是否矛盾？實(shí)驗(yàn)六 繞圓柱體壓力分布的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)測(cè)量被繞流物體表面壓力分布的方法。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解實(shí)際流體繞圓柱體流動(dòng)時(shí)，其表面的壓力分布情況。3.與理論壓力分布相比較，了解實(shí)際流體繞物體流動(dòng)時(shí)，物體所受形狀阻力的來(lái)源。二、實(shí)驗(yàn)原理理想流體平行繞流圓柱體作無(wú)環(huán)量流動(dòng)時(shí)，圓柱體表面的速度分布規(guī)律是： (1)而圓柱體表面上任一點(diǎn)的壓力p，可由伯努里方程得出 (2)式中：無(wú)限遠(yuǎn)處流體的壓力；無(wú)限遠(yuǎn)處流體的速度。工程上習(xí)慣用無(wú)因次的壓力系數(shù)cp來(lái)表示流體作用在物體上任一點(diǎn)的壓力，由（1）式和（2）式可得到繞圓柱體流動(dòng)的理論壓

37、力系數(shù) （3）實(shí)際流體具有粘性，達(dá)到某一雷諾數(shù)后，在圓柱體后面便產(chǎn)生渦流，形成尾流區(qū)，從而破壞了前后壓力分布的對(duì)稱，形成壓差阻力。實(shí)際的壓力系數(shù)可按（3）式由實(shí)測(cè)得到，其中動(dòng)壓 N/m2 （4）式中：h0來(lái)流總壓p0的值，mmH2O； h來(lái)流靜壓p的值，mmH2O； 9.81由（mmH2O）換成（N/m2）應(yīng)乘的系數(shù)。圓柱體表面任一點(diǎn)壓力與來(lái)流壓力之差 N/m2 （5）式中：h圓柱體表面任一點(diǎn)處壓力p的值，mmH2O，這樣壓力系數(shù) （6）因?yàn)榱鲃?dòng)是低速的，所以可認(rèn)為流體是不可壓縮的，即流體的密度為常數(shù)，實(shí)驗(yàn)是在風(fēng)洞內(nèi)做的，流動(dòng)是均勻定常的。實(shí)驗(yàn)條件下的雷諾數(shù)為式中：D圓柱體的直徑。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

38、本實(shí)驗(yàn)是由一風(fēng)源和實(shí)驗(yàn)段構(gòu)成。風(fēng)源是一個(gè)箱式風(fēng)洞。風(fēng)機(jī)、穩(wěn)壓箱、收縮口都在箱體內(nèi)。入口處有一調(diào)節(jié)風(fēng)門，用來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)速的大小。風(fēng)箱頂部的中央是箱式風(fēng)洞的出口，從中流出的空氣形成一股均勻流速的空氣射流，實(shí)驗(yàn)段便放置在這出風(fēng)口上，如圖1所示。1箱式風(fēng)洞；2實(shí)驗(yàn)段；3圓柱體；4測(cè)壓孔；5傾斜式微壓計(jì)；6皮托管；7調(diào)節(jié)風(fēng)門圖 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖圓柱體安裝在實(shí)驗(yàn)段中。在圓柱體的表面上有一個(gè)測(cè)壓孔，壓力則在與圓柱體相垂直的方向引出，圓柱體可以繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)，壓力引出口位置的角 由一個(gè)圓形刻度盤讀取，每間隔 10°測(cè)量圓柱體上一點(diǎn)的表面壓力。在圓柱體的上游截面上架設(shè)一只皮托管，以測(cè)量來(lái)流的總壓p0。 四、實(shí)

39、驗(yàn)步驟1.了解實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞。2.安裝皮托管。3.開(kāi)啟風(fēng)洞，測(cè)量來(lái)流的總壓p0與靜壓p的差值(h0-h)，mmH2O。4.轉(zhuǎn)動(dòng)圓柱體，每間隔10°測(cè)量一次圓柱體表面壓力p與來(lái)流靜壓p的差值，mmH2O，共計(jì)19次。5.調(diào)整風(fēng)洞的速度，重復(fù)3、4步驟，可以測(cè)得不同雷諾數(shù)下的另一組壓力分布。本實(shí)驗(yàn)只能測(cè)試?yán)字Z數(shù)Re5×105的亞臨界狀態(tài)。6.停機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.記錄以下數(shù)據(jù),計(jì)算亞臨界情況下的u和Re,并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的cp值數(shù)列入表1。室溫ta 大氣壓力p mmHg圓柱體直徑D m 空氣運(yùn)動(dòng)粘度 m2/s實(shí)驗(yàn)段長(zhǎng)L m 實(shí)驗(yàn)段高H m實(shí)驗(yàn)段寬b m亞臨界:h0 mmH2O h

40、mmH2O kg/m3 m/s2.根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)畫出如圖2所示的曲線圖,并對(duì)實(shí)驗(yàn)所得壓力分布曲線進(jìn)行分析。3.回答思考題。 六、思考題1.將一只皮托管插在風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)段中,如何知道皮托管的尖端對(duì)準(zhǔn)了來(lái)流?可用什么方法檢驗(yàn)?2.已知圓柱體表面的壓力分布后,就可以用下列公式計(jì)算圓柱體單位長(zhǎng)度受到的壓差阻力(形狀阻力)式中R為圓柱體的半徑,但是上式積分很難得出,因?yàn)閷懖怀鰌 = f()的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系如果采用累加求和的方法,上式可寫成你認(rèn)為這樣可以嗎?3.圓柱體在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段截面上的投影面積與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段橫截面積之比稱為阻塞比,試計(jì)算本實(shí)驗(yàn)的阻塞比。4.在測(cè)量h0,h和hi(i=019)時(shí),采用什么措施能夠盡

41、可能地提高測(cè)量精度?表 10h-hcp0h-hcp0180101902020030210402205023060240702508026090270100280110290120300130310140320150330160340170350*式中 實(shí)驗(yàn)七 穩(wěn)態(tài)雙平板法測(cè)定非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.鞏固導(dǎo)熱理論知識(shí)，了解建立較嚴(yán)格的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的實(shí)際方法。2.用穩(wěn)態(tài)雙平板法測(cè)定非金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)，確立導(dǎo)熱系數(shù)和溫度之間的依變關(guān)系, 即=0(1 + bt)或= A +Bt。3.學(xué)習(xí)實(shí)際問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)研究方法和有關(guān)測(cè)試技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理雙平板法是以無(wú)限大平板的導(dǎo)熱規(guī)律為基礎(chǔ)的。設(shè)有一塊厚

42、度為，導(dǎo)熱系數(shù)為 = A + Bt的無(wú)限大平板，一側(cè)以恒定流密度q（W/）加熱，平板兩表面的溫度分別保持恒等于t1和t2 。 如圖1所示。根據(jù)付立葉定律，描寫板內(nèi)溫度場(chǎng)的導(dǎo)熱微分方程式為 (1) 相應(yīng)的邊界條件為： x = 0處,t = t1 x =處,t = t2 (2) 積分（1）式并代入（2）式的邊界條件，則得 （3） 令 （4） 即在平均溫度tm=(t1+t2)/2的條件下，板材的導(dǎo)熱系數(shù)等于在t1和t2間材料的平均導(dǎo)熱系數(shù)m。 圖 1 平板導(dǎo)熱原理圖 (4)式則寫為 (5)如果是為了確定板材的導(dǎo)熱系數(shù)，則需在熱穩(wěn)定時(shí)，測(cè)出加熱（或冷卻）平板一側(cè)的恒熱流密度q（W/m2）和溫度t1、t

43、2，依據(jù)(5)式便可得板材的平均導(dǎo)熱系數(shù)： (6)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備如圖2所示，它包括NK-100型雙試件導(dǎo)熱率測(cè)定裝置、雙路直流穩(wěn)壓電源、恒溫水浴和測(cè)試系統(tǒng)。NK-100型雙試件導(dǎo)熱率測(cè)定裝置為對(duì)稱的雙平板結(jié)構(gòu)，它的中央為圓形主加熱器，其周圍為環(huán)形輔助加熱器，它們均為薄片型加熱器，由電阻帶均勻繞成。二者共平面，其之間有一小的環(huán)形隔縫。在主、輔加熱器上，各放置由導(dǎo)熱系數(shù)較大的黃銅做的圓形均熱板。主、輔均熱板也是同厚度共平面，二者之間有1的環(huán)形隔縫。實(shí)驗(yàn)時(shí)將兩塊直徑均等于環(huán)形輔助加熱器均熱板外徑相等厚度的同種試件分別置于兩側(cè)的均熱板上。并在每塊試材的另一面各安置一個(gè)圓盤形冷卻器，最后從兩個(gè)方向用力將它

44、們壓緊以減少各交界面上的接觸熱阻。一臺(tái)超級(jí)恒溫水浴向兩個(gè)冷卻器并聯(lián)供給恒溫水。冷卻器內(nèi)有盤香形小槽，恒溫水沿槽盤旋流動(dòng)，以便保持兩塊試材的冷卻面具有相同的溫度。雙路直流穩(wěn)壓器分別對(duì)主、輔加熱器單獨(dú)供電。實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以調(diào)節(jié)輔助加熱器的功率，來(lái)匹配已設(shè)定好的主加熱器的功率，使得在熱穩(wěn)定時(shí)，主、輔均熱板間的隔縫在徑向上無(wú)溫差，這意味著它們之間無(wú)熱量傳遞，主均熱板表面是等溫面，以一半主加熱器功率對(duì)其試件的中央部分供應(yīng)一維導(dǎo)熱流。這樣，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)原理的要求。必須特別指出，試件的厚度不宜過(guò)大。否則，由于試件側(cè)向散熱及其徑向溫度梯度引起的徑向?qū)?，使得主均熱板和冷卻器間的試件內(nèi)各等溫面不再是互相平行的平面了，

45、不能滿足一維導(dǎo)熱實(shí)驗(yàn)原理的要求。為了計(jì)算試件的導(dǎo)熱系數(shù)，在主、輔均熱板的表面和冷卻器的冷卻表面共埋設(shè)8對(duì)鎳鉻鎳硅熱電偶，其布置如圖2所示。通過(guò)多點(diǎn)切換開(kāi)關(guān)由數(shù)字電壓表測(cè)量各熱電偶輸出的熱電勢(shì)，查表以確定各點(diǎn)溫度。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，弄懂實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)方法。2.將兩面已磨平的試件按圖示裝入實(shí)驗(yàn)裝置，并壓緊。3.按圖示接好直流穩(wěn)壓電源、電壓表、電流表和數(shù)字電壓表的連接導(dǎo)線；將超級(jí)恒溫水浴的出水口用橡皮管并聯(lián)接至兩個(gè)冷卻器，并將它們的回水用橡皮管引回恒溫水??；熱電偶冷端置于冰瓶?jī)?nèi)，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查認(rèn)可。4.調(diào)節(jié)恒溫水浴上的控制溫度計(jì)，設(shè)定冷卻水的溫度，啟動(dòng)恒溫水浴。5.接

46、通直流穩(wěn)壓器，按預(yù)先擬定的方案，調(diào)節(jié)主、輔加熱器的功率，直至達(dá)實(shí)驗(yàn)要求。6.熱穩(wěn)定后，每隔10分鐘采集一次數(shù)據(jù)，共采集三次。需采集的數(shù)據(jù)有各對(duì)熱電偶輸出的熱電勢(shì)、主加熱器的電流和電壓，將數(shù)據(jù)填入預(yù)先畫好的記錄表中，取三次的平均值作為計(jì)算值。7.需做導(dǎo)熱方程時(shí)，可改變水溫或主、輔加熱器功率，重復(fù)5、6步驟，共做68次實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸處理，即可整理出導(dǎo)熱方程。8.測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)指導(dǎo)教師審核后，切斷電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，整理現(xiàn)場(chǎng)。五、基本參數(shù)及有關(guān)計(jì)算本實(shí)驗(yàn)所用試材為有機(jī)玻璃，質(zhì)量M = 110.0g，厚度 = 12.00，直徑D = 100.00，主均熱板直徑D1 = 49.00 ，輔助均熱板內(nèi)徑D2 = 51.00，外徑D = 100.00，如圖3所示。建議取De = (D1+D2)/2作為計(jì)算試件一維導(dǎo)熱面積的直徑。為了避免主加熱器的電源導(dǎo)線通過(guò)輔熱加熱器而受熱，先將主加熱器電阻帶的兩端穿過(guò)輔助加熱器后再與電源線連接。這樣，主加熱器實(shí)際傳給試件的熱量要小于所測(cè)的主加熱器輸入電功率，根據(jù)主加熱器電阻帶中有多長(zhǎng)未穿過(guò)輔助加熱器，每臺(tái)實(shí)驗(yàn)本體的