熱工基礎(chǔ)實驗指導(dǎo)書

1、熱工基礎(chǔ)實驗實驗指導(dǎo)書周露亮 編2016年2月目 錄實驗要求2實驗一 飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗3實驗二 熱管換熱器性能實驗6實驗三 套管換熱器液-液換熱實驗8實驗四 球體法粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)的測定10實驗五 平板法導(dǎo)熱系數(shù)的測定13實驗六 中溫輻射黑度的測定16實驗七 燃料發(fā)熱量的測定18實驗八 煙氣分析22實驗九 流體力學(xué)綜合實驗26實驗十 熱工過程參數(shù)綜合測定30附錄1 銅康銅熱電偶分度表32附錄2 精密數(shù)字溫度溫差儀使用方法33實驗要求1實驗前應(yīng)預(yù)習(xí)與實驗有關(guān)的教材內(nèi)容和實驗指導(dǎo)書，了解實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗步驟和實驗要求，做到心中有數(shù)。2在實驗室要首先熟悉實驗裝置的構(gòu)造特點、性能和

2、使用方法，使用貴重儀器時需得到指導(dǎo)教師的許可，方可動用。3實驗時應(yīng)嚴肅認真、一絲不茍，細致地觀察實驗中的各種現(xiàn)象，并作好記錄，通過實驗，訓(xùn)練基本操作技能，培養(yǎng)科學(xué)的工作作風。4實驗結(jié)束時，學(xué)生先自行檢查全部實驗記錄，再經(jīng)指導(dǎo)教師審閱后，方可結(jié)束實驗。5實驗時，如出現(xiàn)實驗儀器損壞情況，應(yīng)及時向指導(dǎo)教師報告。6按規(guī)定格式認真填寫實驗報告，并按期交出。實驗一 飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗一、實驗?zāi)康?、通過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，從而樹立液體溫度達到對應(yīng)于液面壓力的飽和溫度時，沸騰便會發(fā)生的基本概念。2、通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽pt關(guān)系圖表的編制方法。3、觀察

3、小容積的飽和沸騰現(xiàn)象。二、實驗設(shè)備本實驗使用<可視性飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗儀（型）>。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（0.101.5MPa）、調(diào)壓器（0220V）、圖1電壓表（圖中未示出）、水銀溫度計（0220）、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、實驗方法和步驟1. 熟悉實驗裝置的工作原理、性能和使用方法。2. 將調(diào)壓器指針置于零位，然后接通電源。3. 將電接點壓力表的上限壓力指針拔到稍高于最高試驗壓力（例如0.8MPa）的位置。4

4、. 將調(diào)壓器輸出電壓調(diào)至200220V，待蒸汽壓力升至接近于第一個設(shè)定的壓力值時，將電壓降至2050V左右（參考值）。由于熱慣性，壓力將會繼續(xù)上升，待壓力達到設(shè)定值時，再適當調(diào)整電壓（提高或降低），使工況穩(wěn)定（壓力和溫度基本保持不變）。此時，立即記錄下蒸汽的壓力和溫度。重復(fù)上述實驗，在00.8MPa（表壓）范圍內(nèi)取不少于6個壓力值，順序分別進行測試。實驗點應(yīng)盡可能分布均勻。5. 實驗完畢后，將調(diào)壓器指針旋回零位，并斷開電源。6. 記錄實驗環(huán)境的溫度和大氣壓力。注意：1）本設(shè)備也可采用逐點自控壓力的方法進行測試，在控制的壓力值下，測定相對應(yīng)的飽和溫度。但利用電接點控制，接點時接時離，溫度不易穩(wěn)定

5、，且有損設(shè)備的使用壽命，所以不推薦使用。2）本裝置允許使用壓力為0.8MPa（表壓），不可超壓操作。幾點建議：1）教師可經(jīng)過多次實驗，找出與設(shè)定工況相應(yīng)的電壓值，以便縮短測試時間，提高測試精度。2）為縮短實驗課課時，指導(dǎo)教師可提前開啟預(yù)熱設(shè)備。（注意：為安全起見，應(yīng)利用限壓裝置）。3）測試時，建議以從低到高的順序進行測試。4）實驗時，不必硬性規(guī)定各測試點的數(shù)值，可根據(jù)實驗情況，在適當?shù)姆€(wěn)定工況下，測讀出數(shù)據(jù)來。四、數(shù)據(jù)記錄和處理 1. 記錄與計算實驗序數(shù)飽和壓力MPa飽和溫度誤 差壓力表P大 氣壓 力B絕對壓力P=PB溫度計讀值t標準值tt=t-tt/t*1001234562、 繪制Pt關(guān)系曲

6、線：將實驗結(jié)果點在坐標中，清除特殊偏離點，繪制曲線。3、 整理成經(jīng)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：t=100五、思考題1、本裝置允許使用壓力為多少？2、實驗在什么范圍內(nèi)取多少個壓力值？3、繪制Pt關(guān)系曲線時P表示什么壓強？實驗二 熱管換熱器性能實驗一、實驗?zāi)康? 了解熱管換熱器實驗臺的工作原理；2 熟悉熱管換熱器實驗臺的使用方法；3 掌握熱管換熱器換熱量Q和傳熱系數(shù)K的測試和計算方法二、實驗臺的結(jié)構(gòu)極其工作原理熱管換熱器實驗臺的結(jié)構(gòu)如下圖所示。1翅片熱管；2熱段風道；3冷段風道；4風機；5電加熱器（I450W，I

7、I1000W）；6工況選擇開關(guān)（I和II）；7熱電偶；8測溫切換開關(guān)；9熱球風速儀（獨立儀表）；10冷端熱電偶接線柱；11電位差計接線柱；12風速測孔；13支架加熱段中的電加熱器使空氣加熱，熱風經(jīng)熱段風道時，通過翅片熱管進行換熱和傳遞，從而使冷段風道的空氣溫度升高。利用風道中的熱電偶對冷、熱段的進出口溫度進行測量，并用熱球風速儀對冷、熱段的出口風速進行測量，從而可以計算出換熱器的換熱量Q和傳熱系數(shù)K。三、實驗臺參數(shù)冷段出口面積Fl=0.09²/4=0.0064m²熱段出口面積Fr=0.16²=0.0256m²冷段傳熱表面積fl=0.536m²熱

8、段傳熱表面積fr=0.496m²四、實驗步驟1、聯(lián)接電位差計和冷端熱電偶。（如無冰條件，可不接冷端熱電偶，而將冷端熱電偶的接線柱短路。這樣，測出的溫度應(yīng)加上室溫）2、接通電源，將工況開關(guān)按在“工況I”位置（450W），此時電加熱器和風機開始工作。3、用熱球風速儀在冷、熱段出口的測孔中測量風速。（為使測量工作在風道溫度不超過40的情況下進行，必須在開機后立即測量）。風速儀使用方法，請參閱該儀器說明書。4、待工況穩(wěn)定后（約20分鐘后），按下琴鍵開關(guān)，切換測溫點，逐點測量冷,熱段進出口溫度tl1、tl2、Tr1、Tr2(參看實驗臺結(jié)構(gòu)圖)。5、將“工況開關(guān)”按在“工況II”位置，重復(fù)上述步

9、驟，測量工況II的冷熱段進出口溫度。6、實驗結(jié)束后，切斷所有電源。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、數(shù)據(jù)記錄工況序號風速v冷、熱段進出口熱電勢mv冷段熱段tl1tl2tr1tr2I123平均II123平均2、計算換熱量、傳熱系數(shù)及熱平衡誤差；工況I（450W）冷段換熱量 Ql=0.24（3600Vl.Fl.pl）(tl2-tl1) Kcal/h熱段換熱量 Qr=0.24（3600Vr.Fr.pr）(tr1-tr2) Kcal/h熱平衡誤差 &=（Qr-Ql）/Qr %傳熱系數(shù) K=Ql/flt Kcal/m².h.ºC式中 vl,vr 冷、熱段出口平均風速 m/s Fl,Fr 冷

10、、熱段出口段面積 m² tl1,tr1,tl2,tr2冷段、熱段進出口風溫（參見圖示）34實驗三 套管換熱器液-液換熱實驗一、實驗?zāi)康?、測定在套管換熱器中進行的液液熱交換的傳熱總系數(shù)，流體在圓管內(nèi)作強制湍流時的傳熱系數(shù)。2、對在強制對流下進行液液熱交換過程，驗證求算傳熱膜系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。3、通過實驗取得新物系的傳熱系數(shù)的數(shù)據(jù)及其計算式。二、 實驗設(shè)備本實驗裝置主要由套管熱交換器（12×1.5mm的黃銅管為內(nèi)管，20×2.0mm的有機玻璃管為套管所構(gòu)成）、恒溫循環(huán)水槽（控制恒溫）、高位穩(wěn)壓水槽（保持水壓恒定）以及一系列測量和控制儀表所組成，裝置流程如圖所示。三、實驗

11、的方法與步驟1、向恒溫循環(huán)水槽灌入蒸餾水或軟水，直至溢流管有水溢出為止。2、開啟并調(diào)節(jié)通往高位穩(wěn)壓水槽的自來水閥門，使槽內(nèi)充滿水，并溢流管有水流出。3、將冰碎成細粒，放入冷阱中并摻入少許蒸餾水，使之濁狀。將熱電偶冷接點插入冰水中，蓋嚴蓋子4、循環(huán)水槽的溫度自控裝置的溫度定為55。啟動恒溫水槽的電熱器。等恒溫水槽的水達到預(yù)定溫度后即可開始實驗。5、開啟冷水截止球閥，測定冷水流量，實驗過程中保持恒定。6、啟動循環(huán)水泵，開啟并調(diào)節(jié)熱水調(diào)節(jié)閥。熱水流量在60250L/h 范圍內(nèi)選取若干流量值（一般要求不少于45組測試數(shù)據(jù)），進行實驗測定。7、每調(diào)節(jié)一次熱水流量，待流量和溫度都恒定后，再通過琴鍵開關(guān)，依

12、次測定個點溫度。四、實驗結(jié)果整理1、實驗設(shè)備基本參數(shù)。測試段長度：L= mm流體流通的橫截面積：內(nèi)管橫截面積：S= mm2環(huán)隙橫截面積：S= mm2熱交換面積： 內(nèi)管內(nèi)壁表面積：Aw= mm2 內(nèi)管外壁表面積：Aw= mm2 平均熱交換面積；A = mm2 2實驗數(shù)據(jù)記錄：實驗序號冷水流量熱水流量溫度測試截面I測試截面V,VT1TW1T1T2TW2T2Kg/sKg/s0C0C0C0C0C0C3.實驗數(shù)據(jù)整理： （1）求取總傳熱系數(shù)；實驗序號管內(nèi)流速流體間溫度差傳熱速率總傳熱系數(shù)uT1T2TmQKm.s-1KKKWW.m-2K-11234（2）由實驗數(shù)據(jù)求取流體在圓形內(nèi)做強制湍流時的對流換熱系數(shù)

13、h。實驗數(shù)據(jù)可參考下表整理實驗序號管內(nèi)流速流體與壁面溫差傳熱速率管內(nèi)傳熱膜系數(shù)UT1-T2T2-TW2T'mQM·S-1KKKW·m-2k-1W·m-2k-11234實驗四 球體法粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?. 鞏固穩(wěn)定導(dǎo)熱的基本理論，學(xué)習(xí)球體法測定物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)的實驗方法；2. 實驗測定被測材料的導(dǎo)熱系數(shù)；3. 繪制出材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度t的關(guān)系曲線。二、實驗原理加熱圓球（見圖1）由兩個壁厚1.2毫米的大小同心圓球（1）組成。小球內(nèi)裝有電加熱器（2）用來產(chǎn)生熱量。大球內(nèi)壁與小球外壁各設(shè)有三對銅-康銅熱電偶（4）。當溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)后，電加熱器產(chǎn)生

14、的熱量全部通過中間的測試材料（3）傳到外球，再由外球傳給空氣。1.大小同心球；2.電加熱器；3.顆粒狀試材；4.銅康銅熱電偶；5.專用穩(wěn)壓電源；6.專用測試儀；7.底盤；8.UJ36a電位差計 測取小球的溫度t1，t2，t3, 取其平均溫度：T1=(t1+t2+t3)/3；測取大球的溫度t4，t5, t6，取其平均溫度：T2=(t4+t5+t6)/3；根據(jù)圓球?qū)峁剑?UI(1/ D1-1/D2)/2（T1+ T2）-(1); 式中： U加熱電壓； I加熱電流 ； D1小球直徑 ； D2大球直徑 ； 三、實驗裝置及主要技術(shù)指標實驗裝置YQF-1型導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的面板圖見圖二：1-電源開關(guān)；2

15、-電源指示燈；3- 3.5位數(shù)顯毫伏表；4-毫伏表調(diào)零電位器；5-補償電壓調(diào)節(jié)電位器；6-補償按鍵；7-熱電偶測量電壓輸出端；8-熱電偶輸入選擇開關(guān)。 專用電源的面板圖見圖三：1-電源開關(guān)； 2-電源指示燈；3-電壓表；4-電流表；5-過載指示燈；6-電源輸出端；7-電源輸出粗調(diào)； 8-電源輸出細調(diào)。1加熱圓球1.1測量溫度范圍：502001.2加熱電壓：060V 加熱電流：01A（因不同的材料而不同）1.3圓球尺寸：小球直徑D1=80mm 大球直徑D2=160mm1.4穩(wěn)定時間：約45小時2.導(dǎo)熱系數(shù)測定儀2.1數(shù)顯毫伏表：3.5位顯示，量程020mV，測量精度：0.1%±2個字2

16、.2溫度補償范圍：-1040，補償精度±0.53.專用電源：輸出電壓080V；輸出電流01A四、實驗方法和步驟使用前，先在加熱圓球的頂部用漏斗裝入測試材料，如果已加好試材，則可進行實驗。1.按圖3所示進行儀器的連接。穩(wěn)壓電源的輸出通過電流表專用插頭接到加熱圓球底盤上的插座。電源輸出“+”端串接電流表。電流表“-”與電源輸出“-”端并接電壓表。2.將15芯信號線的一端插入加熱圓球底座（7）專用插座，另一端插到導(dǎo)熱系數(shù)測定儀后面板上的15芯插座上。3.將穩(wěn)壓電源的輸出調(diào)到最小位置，即粗調(diào)和細調(diào)均逆時針打到底。開啟電源開關(guān)，指示燈亮。調(diào)節(jié)粗調(diào)和細調(diào)開關(guān)，改變輸出電壓，根據(jù)電壓表和電流表的指

17、示，調(diào)節(jié)加熱功率至所需的電流和電壓值。4.打開導(dǎo)熱系數(shù)測定儀的電源開關(guān)。先進行數(shù)顯毫伏表的調(diào)零。將面板右下方的輸出端短接，用小一字螺絲刀調(diào)節(jié)右上角的調(diào)零電位器，使毫伏表顯示為零。若已為零則無須調(diào)節(jié)。去掉短接線就可進行測量。5.若想檢測儀器內(nèi)部的溫度補償是否正常，只須按下“補償”鍵，則數(shù)顯毫負表顯示的值即位補償電壓。對照環(huán)境溫度，通過查看附錄1即可知道補償電壓是否準確。若不準確，可用小一字螺絲刀微調(diào)“補償”按鍵上方的補償電位器至準確的補償值即可。再按“補償”按鍵使它彈起即回到測量狀態(tài)。6.觀察加熱圓球的溫度變化情況。當數(shù)顯毫伏表或電位差計（UJ36a型）的讀數(shù)不再變化，則表示溫度已達到穩(wěn)定。這時

18、用精密電壓表和電流表測得U和I的值，即可計算得到加熱功率。轉(zhuǎn)動導(dǎo)熱系數(shù)測定儀上的輸入選擇旋鈕（8）。這樣就能選擇6個熱電偶進行分別測量。7輸入選擇旋鈕測得的mA值加上補償mA值即為熱電偶測量值，對照附錄1“銅康銅熱電偶分度表”即可查得對應(yīng)的測量溫度。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1、實驗完后記錄實驗數(shù)據(jù)記錄，并整理填寫下表：序號加熱電流A加熱電壓V小球溫度大球溫度導(dǎo)熱系數(shù)W/mt1mVt2mVt3mVT1t4mVt5mVt6mVT2導(dǎo)熱系數(shù)根據(jù)式（1）計算2、繪制材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度t的關(guān)系曲線六、思考題1、為什么大球內(nèi)壁與小球外壁要設(shè)三對熱電偶？2、實驗室內(nèi)的空氣流通對實驗有何影響？實驗五 平板法導(dǎo)熱

19、系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?、利用物體的散熱速率求導(dǎo)熱速率2、測量物體在室溫100多點的導(dǎo)熱系數(shù)，繪制t曲線。二、實驗原理導(dǎo)熱是物體相互接觸時，由高溫部分向低溫部分傳遞熱量的過程。當溫度的變化只是沿著一個方向(設(shè)Z方向)進行的時候,熱傳導(dǎo)的基本公式可寫為 dQ = -·(dT/dz)· ds·dt (2-9-1)它表示在dt時間內(nèi)通過ds面的熱量為dQ，dT/dz為溫度梯度，為導(dǎo)熱系數(shù)。 如圖，待測物B的上下表面分和上下銅盤接觸，熱量由高溫銅盤A通過待測物B向低溫銅盤傳遞，若B很薄，則通過B側(cè)面向周圍環(huán)境的散熱量可以忽略不計，視熱量沿著垂直B的方向傳遞。那么，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

20、的情況下，在t時間內(nèi)，通過面積為S、厚度h的勻質(zhì)板的熱量為 Q = -(T/h)·S·t (2-9-2) Q/t = -(T/h)·S (2-9-3)T表示勻質(zhì)圓板兩板面的恒定溫差，Q/t便為待測物的導(dǎo)熱速率。只要知道了導(dǎo)熱速率，由(2-9-3)式即可求出。實驗中，使上銅盤A和下銅盤P分別達到恒定溫度T1、T2，并設(shè)T1T2。即熱量由上而下傳遞，通過下銅盤P向周圍散熱。因為T1和T2不變，所以，通過B的熱量就等于P向周圍散發(fā)的熱量，即B的導(dǎo)熱速率等于P的散熱速率。因此，只要求出了P在溫度T2時的散熱速率，就求出了B的導(dǎo)熱速率Q/t。因為P的上表面和B的下表面接觸，

21、所以P的散熱面積只有下表面面積和側(cè)面積之和，設(shè)為Sb。而實驗中冷卻曲線P是全部裸露于空氣中測出來的，即在P的上下表面和側(cè)面都散熱的情況下記錄出來的。設(shè)其全部表面積為Sc，根據(jù)散熱速率與散熱面積成正比的關(guān)系得(Q/t)b/(Q/t)c=Sb/Sc (2-9-4)式中：(Q/t)b為Sb面積的散熱速率；(Q/t)c為Sc面積的散熱速率。而散熱速率(Q/t)b就等于(2-9-3)式中的導(dǎo)熱速率Q/t，則(2-9-3)式便可寫作：(Q/t)b = -·(T/h)·S (2-9-5)設(shè)下銅盤直徑為D，厚度為，質(zhì)量為m，比熱容為C那么有Sb = (D/2)2+D；Sc = 2(D/2)

22、2 +D (2-9-6)由比熱容C = Q/mT得Q = c·m·T故 (Q/t)c = c·m·T/t (2-9-7)將(2-9-6)、(2-9-7)代入(2-9-4)式，得(Q/t)b = (D+4)/(2D+4).c.m.K 式中：K = T/t|T=T2 (2-9-8)得= c·m·K·h·(D + 4)/D2(T1- T2)(2D+4) (2-9-9)三、實驗裝置 四、實驗步驟1、用游標卡尺多次測量下銅盤的直徑D、厚度和待測物厚度L，然后取平均值。下銅盤的質(zhì)量m由天平稱出，其比熱容C = 3.805

23、15;10²J/kg·。2、安置圓筒、圓盤時，須使放置熱電偶的洞孔與杜瓦瓶同一側(cè)。熱電偶插入銅盤上的小孔時，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使熱電偶測溫端與銅盤接觸良好，熱電偶冷端插在冰水混合物中使溫度控制在0。3、據(jù)穩(wěn)態(tài)法，必須得到穩(wěn)定的溫度分布，這就要等待較長的時間，為了提高效率，可先將電源電壓打到高檔，加熱約20分鐘后再打至低檔。然后，每隔5分鐘讀一下溫度示值，如在一段時間內(nèi)（如10分鐘）樣品上、下表面溫度T1、T2示值都不變，即可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)。記錄穩(wěn)態(tài)時T1、T2值后，移去樣品，再加熱，當下銅盤溫度比T2高出10ºC左右時，移去圓筒，讓下銅盤自然冷卻。

24、每隔30秒讀一次下銅盤的溫度示值，最后選取鄰近的T2測量數(shù)據(jù)來求出散熱速率。在采用PID自動控溫時，可連續(xù)在50ºC 、 60ºC 、70ºC、 80ºC 、90ºC 、100時并使得在各點T1、T2值穩(wěn)定不變（準穩(wěn)定狀態(tài)）。記錄穩(wěn)態(tài)時各溫點T1、T2值后。照上述方法移去圓筒,讓下銅盤自然冷卻。每隔1020秒讀一次下銅盤散熱速率，代入公式進而測得樣品在以上不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)。4、本實驗選用銅-康銅熱電偶測溫度，溫差100時，其溫差電動勢約4.0mV，故應(yīng)配用量程010mV，并能讀到0.01mV的數(shù)字電壓表（數(shù)字電壓表前端采用自穩(wěn)零放大器，故無

25、須調(diào)零）。由于熱電偶冷端溫度為0，對一定材料的熱電偶而言，當溫度變化范圍不大時，其溫差電動勢（mV）與待測溫度（）的比值是一個常數(shù)。由此，在用式2-9-9計算時，直接以電動勢值代表溫度值。5、使用前將加熱盤與散熱盤面擦干凈。樣品兩端擦凈，可涂上少量硅油，以保證接觸良好。注意，樣品不能連續(xù)做試驗，特別是橡皮、牛筋必須降至室溫半小時以上才能進行下一次實驗。6、在實驗過程中，若移開電熱板，就先關(guān)閉電源。移開熱圓筒時，手應(yīng)拿住固定軸轉(zhuǎn)動，以免燙傷手。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1、列表記錄下銅盤自然冷卻的溫度變化序 號123456時間間隔溫度（）2、計算冷卻速率和導(dǎo)熱系數(shù), 列表如下序 號銅盤溫度時間s溫差

26、冷卻速率 w/ 導(dǎo)熱系數(shù) w/m·T1T2tT12343、繪制t曲線。六、思考題1、下銅盤散熱速率等于待測物B導(dǎo)熱速率的條件是什么？2、熱電偶插入銅盤上的小孔時為什么要抹上些硅脂？3、怎樣判斷導(dǎo)熱進入準穩(wěn)定狀態(tài)？4、用式2-9-9計算時，可否直接以電動勢值代表溫度值？為什么？實驗六 中溫輻射黑度的測定一、實驗?zāi)康?、鞏固黑度的概念和輻射理論知識2、用比較法定量地測定中溫輻射時的黑度二、實驗原理由n個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中,利用凈輻射法,可以求物體的凈換熱量。根據(jù)本實驗的設(shè)備情況,可以認為:熱源1、黑體腔體2為黑體；熱源1、黑體腔體2、待測物體(受體)3的表面上的溫度均勻 熱源1 黑

27、體腔體2待測物體(受體)3受體3的凈換熱量: 因為: ; . 又根據(jù)互換性則: （2）由于受體3與環(huán)境主要以自然對流方式換熱,因此: （3） ： 待測物體(受體)溫度 ： 環(huán)境溫度由(2),(3)式可得: （4）當熱源1和黑體腔體2的表面溫度一致時,Eb1 - Eb2并考慮到,體系1、2、3為封閉系統(tǒng),則: 由此,(4)式可寫成: （5）對不同待測(受體)a、b的黑度為: ； 設(shè) 則 （6）當為黑體時,(6)式可寫成 三、實驗裝置熱源腔體具有一個測溫熱電偶,傳導(dǎo)腔體有二個熱電偶,受體有一個熱電偶,它們都可以通過琴鍵轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換.本儀器用比較法定量地測定物體的黑度,具體方法是通過三組加熱器電壓

28、的調(diào)整(熱源一組,黑體腔體二組),使熱源和黑體腔體的測溫點穩(wěn)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,但表面薰黑)兩種狀態(tài)的受體在相同的表面溫度條件下，分別測出受到輻射后的受體溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度.四、實驗步驟1、 將熱源腔體和受體(使用具有原來表面狀態(tài)的物體作為受體)靠緊黑體腔體2、 接通電源、調(diào)整熱源、黑體腔體左和右的調(diào)溫旋鈕，加熱約分鐘左右，使其三點溫度盡量一致3、 系統(tǒng)進入恒溫后（各測溫點基本接近，且在五分鐘內(nèi)各點溫度波動小于），開始測試受體溫度，當受體溫度變化小于/分鐘，記下第一組數(shù)據(jù)。4、 取下受體，將受體

29、冷卻后，用松脂（帶有松脂的松木）或蠟燭將受體薰黑，然后重復(fù)以上實驗，測得第二組數(shù)據(jù)。5、注意事項）熱源及腔體的溫度不宜超過200）每次做原始狀態(tài)實驗時,用汽油或酒精將待測物體表面擦凈,否則,實驗結(jié)果將有較大出入.五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理1、實驗數(shù)據(jù)記錄，填寫下表：熱源腔體1腔體2受體試樣(紫銅表面)黑體(紫銅熏黑)2、計算黑度。根據(jù)(6)式本實驗所用計算公式為:實驗七 燃料發(fā)熱量的測定一.實驗?zāi)康膯挝蝗剂贤耆紵笏懦龅臒崃糠Q為熱值，它是衡量燃料質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。燃料熱值可用氧彈量熱計直接測定。1了解氧彈量熱計的構(gòu)造和使用，掌握固體燃料熱值測定原理和方法。2測定量熱計的熱容量K值。3測定

30、燃料的熱值。二.實驗原理將已知量的燃料置于密封容器（氧彈）中，通入氧氣，點火使之完全燃燒，燃料所放出的熱量傳給周圍的水，根據(jù)水溫升高度數(shù)計算出燃料熱值。測定時，除燃料外，點火絲燃燒，H2SO4 和HNO3的生成和溶解也放出熱量；量熱計本身（包括氧彈.溫度計.攪拌器和外殼等）也吸收熱量；此外量熱計還向周圍散失部分熱量，這些計算時都應(yīng)考慮加以修正。量熱計系統(tǒng)在實驗在條件下，溫度升高1 所需要的熱量稱為量熱計的熱容量。測定之前，先使已知發(fā)熱量的苯甲酸（量熱計標準物質(zhì)、熱值為6329卡/克）在氧彈內(nèi)燃燒，標定量熱計的熱容量K。設(shè)標定時總熱效應(yīng)為Q，測得溫度升高為t，測得熱容量為K = Q/t量熱計的熱

31、容量如果已由實驗室測定，同學(xué)可不必再測。測定時，再將已知量的被測燃料置于氧彈中燃燒，如測得溫度高為tx，則燃燒總效應(yīng)為： Qx = K×tx再經(jīng)進一步修正計算出燃料的熱值（具體計算方法見后面計算部分）。三.實驗裝置量熱計的構(gòu)造(見圖1),氧彈的構(gòu)造(見圖2)。 1-攪動棒；2-外筒；3-內(nèi)筒； 4-墊腳；5-氧彈；6-傳感器；7-點火按鍵；8-電源開關(guān) 9-攪拌開關(guān)；10-點火輸出負極；11-點火輸出正極；12-攪拌指示燈；13-電源指示燈；14-點火指示燈。四.實驗方法和步驟1煤樣準備為保證完全燃燒測定熱值的煤樣,應(yīng)粉碎至粒度小于0.2毫米,每次測定稱煤樣1.01.2克準備至0.0

32、002克.2.點火絲點火絲有鎳絲和鐵絲,量出點火絲長度,計算點火絲重量(單位長度,點火絲重量實驗室已測好).3.量熱計用水量熱計外筒中需注滿與室溫相差不超過0.5的水（一般已注好）.量熱計內(nèi)筒用蒸餾水,為減少散熱誤差,內(nèi)筒水溫應(yīng)比外筒水溫低0.7.內(nèi)筒注入的水量,以保證水面沒至氧彈進氣閥的2/3高度為宜,約3000克,需精確至0.5克.4.裝樣料把氧彈的彈頭放在彈頭架上,將樣品放入坩堝內(nèi),把坩堝放在燃燒架上.測量燃燒絲長度,然后將燃燒絲兩端分別固定在彈頭中的兩根電極上,中部貼緊樣品.(燃燒絲與坩堝壁不能相碰)在彈筒中注入10毫升的水,把彈頭放入杯中（樣品為苯甲酸，則不用注水）,用手擰緊。 5.

33、充氧使用高壓氧氣瓶充氧必須嚴格遵守操作規(guī)程.開始先充入少量氧氣(約0.5MPa) ,然后開啟出口,借以趕出彈中空氣.再充入約12MPa的氧氣.6.裝置安裝將氧彈小心放入量熱計內(nèi)筒，接好點火電線，蓋上量熱計蓋, 插入測溫傳感器探頭，調(diào)好精密數(shù)字溫度溫差儀，打開攪拌開關(guān)和電源開關(guān)，實驗開始讀數(shù),7. 實驗讀數(shù) 實驗讀數(shù)分為三期:初期,主期和末期,三個期互相銜接.初期:由讀數(shù)開始至點火為初期,用以記錄和觀察周圍環(huán)境與量熱計在實驗開始溫度下熱交換的關(guān)系,以求得散熱校正值.初期內(nèi)半分鐘記錄溫度一次,直至得到11個讀數(shù)為止.第11個讀數(shù)作為燃燒前水的溫度th.主期:從第11個讀數(shù)開始,在此階段燃燒試樣所放

34、出的熱量傳給水和量熱計,并使量熱計設(shè)備的各部分溫度達到平衡.讀取初期的第11個讀數(shù)之后,立即接通點火開關(guān),點火指示燈亮,隨之在12秒內(nèi)熄滅表示點火完畢,繼續(xù)觀察溫度計讀數(shù),在主期內(nèi)仍半分鐘讀取一次讀數(shù),并逐一記錄下來.點火后最初幾次溫度讀數(shù),因上升很快不易讀準,可只讀到0.01,但不少漏讀,待溫度上升減緩以后,而恢復(fù)讀到0.001,一般在第一個半分鐘內(nèi)溫度變化不大,然后就開始迅速上升,達到最高值后,就開始降溫,開始下降的第一個溫度讀數(shù)為止為主期,第一個下降的溫度讀數(shù)作為水的最終溫度tK。溫度在迅速升高后,也可能不再降低而繼續(xù)上升,但上升愈來愈慢,這發(fā)生在室溫較量熱計溫度為高的情況下.這種情況下

35、,仍需每半分鐘讀一次溫度讀數(shù),當這一溫度變化每分鐘不超過0.003時,即認為主期結(jié)束,主持最后一個溫度讀數(shù)為水的最終溫度tK.末期:這一階段的目的與初期相同,是為了觀察實驗終了溫度下熱交換的關(guān)系.主期的最后一個溫度讀數(shù)tK作為末期的第一個讀數(shù),此后仍每半分鐘讀取一次溫度讀數(shù),至第11次讀數(shù),末期結(jié)束, 讀數(shù)也結(jié)束.8裝置拆卸實驗完畢,關(guān)閉攪拌開關(guān)和電源開關(guān)，拔出測溫傳感器探頭，打開量熱計蓋, 取出氧彈擦干。 小心打開氧彈排氣閥(切不可先擰開氧彈蓋),放出廢氣,響聲停止后再擰開蓋,檢查彈內(nèi)及彈蓋如有薄層煙渣或未燃盡的細粒,則實驗失敗,必須重做.將內(nèi)筒的水倒掉，擦干量熱計所有設(shè)備，將彈頭置于彈頭架

36、上。五實驗數(shù)據(jù)記錄和計算1、原始數(shù)據(jù)記錄： 1）試樣重量G2）點火絲燃燒的凈重量b3）溫度讀數(shù)：初期、主期、末期；2、計算量熱計的熱容量K值：K =（ Qb×G +×b）/（tK-th+t）式中：Qb苯甲酸（量熱計標準物質(zhì)）的熱值 為6329 KJ/Kg3、計算燃料燃燒的氧彈熱值：Qx =K（tK-th+t）- ×b/G KJ/Kg式中：Qx分析基試樣的氧彈熱值， KJ/Kgt熱交換校正值，t =（V+V1）×(m+1)/2+V1×rV初期內(nèi)每半分鐘間隔內(nèi)溫度變化的平均值，即第1個讀數(shù)減去第11個讀數(shù)除10。V1末期內(nèi)每半分鐘間隔內(nèi)溫度變化的平

37、均值，即末期第1個讀數(shù)被減去第11個讀數(shù)除10。m主期快速升溫后，每隔半分鐘大于0.3 的半分鐘溫度間隔數(shù).r主期溫度變化小于0.3的半分鐘溫度間隔數(shù)。k量熱計的熱容量， KJ /。點火絲燃燒熱， KJ/Kg b點火絲實際燃燒掉的凈重量， KgG試樣重量， Kg煤的高位發(fā)熱值按下式計算：Qg = Qx -（94.1×S + a×Qx）式中：Qg分析基樣品高位熱值， KJ/KgQx分析基樣品氧彈熱值， KJ/KgS由洗彈液測得的燃料含硫量，%；a 硝酸生成熱校正系數(shù)， 貧煤、無煙煤取0.00410,其他煤取0.00627。4、實驗結(jié)果分析討論六、思考題1、實驗完畢裝置拆卸，氧

38、彈必須排先放出廢氣后擰開氧彈蓋,為什么？2、溫度讀數(shù)應(yīng)精確到多少？點火后最初幾次溫度讀數(shù)可只讀到多少，為什么？3、實驗讀數(shù)分幾期，主期結(jié)束的標志是什么？實驗八 煙氣分析一實驗?zāi)康?、了解化學(xué)式氣體分析器的作用原理；2、掌握煙氣中CO，CO2，O2，N2的分析方法；3、并通過煙氣分析計算燃料燃燒的空氣系數(shù)。二實驗原理化學(xué)式分析器的作用原理是用適當?shù)奈談┲鸫畏謩e吸收煙氣中個別成份，然后測出煙氣中被分析成份除去后的體積縮減量，即為被測氣體的含量。這種方法雖費時較多，且不能連續(xù)自動地進行分析，但設(shè)備簡單，分析的結(jié)果比較準確，故目前仍廣泛使用。實驗裝置為奧氏氣體分析儀。1CO2的測定：使一定量的煙氣（

39、V）通過KOH溶液，其中CO2與KOH產(chǎn)生化學(xué)，而被吸收。2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O煙氣中如有SO2則也在這里吸收，這時測定結(jié)果實際上是CO2和SO2的和量。2O2的測定：吸收了CO2的煙氣，通過焦性沒食子酸鉀溶液，其中O2與焦性沒食子酸鉀發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被吸收。3CO的測定：吸收了CO2，O2后的煙氣通過氨性氯化亞銅溶液，其中CO與氨性氯化亞銅發(fā)生下述化學(xué)反應(yīng)而被吸收：Cu2Cl2 + 2CO = Cu2Cl2·2COCu2Cl2·2CO + 4NH3 + 2H2O = 2NH4Cl +2Cu +（NH4）2C2O4由于堿性焦性沒食子酸也能吸收CO2,

40、氨性氯化亞銅也能吸收CO2和O2，所以分析時應(yīng)先分析CO2，然后依次分析O2和CO（次序不可顛倒）。進行CO測定時，時間不宜過長，否則被氯化亞銅吸收的CO又會被放出來，使結(jié)果不準。當煙氣成份中CO含量比較高（達420）時，利用一個管子吸收CO很慢，也不容易吸收完全。一般可在三個吸收管后再加一個第四吸收管，其中裝入酸性氯化亞銅溶液，用于CO的第二次吸收。三溶液配制與儀器安裝檢查1CO2吸收劑KOH溶液的配制：90克KOH溶于180ml蒸餾水中，溶解時因會產(chǎn)生大量的熱量，所以要不斷攪拌，待冷卻后取上面澄清無色部分使用。1ml這種吸收劑可吸收40mlCO2.2.O2的吸收劑堿性焦性沒食子酸的配制：吸

41、收液由A液和B液混合而成：A液：80克焦性沒食子酸溶液溶于80ml蒸餾水（為了加快溶解，可加熱到80）。B液：40克氫氧化鉀溶液溶于100ml蒸餾水中。使用前把A、B兩液倒入吸收瓶中，上下移動平衡瓶，使其混合（這兩種液體單獨貯藏時不吸收氧）。1ml混合液可吸收氧氣10ml。（吸收能力與吸收劑本身的溫度有關(guān)，不低于25吸收最快，低于7時便不能吸收）。3CO吸收劑氨性氯化亞銅溶液的配制：42克氯化銨溶液溶于125ml蒸餾水中，加入334克氯化亞銅，注入吸收瓶時，每三體積所配液需加一體積0.9的氫氧化銨（約42ml）。為避免氯化亞銅被空氣氧化，在吸收瓶中需加入一束銅絲。這樣配置的吸收瓶，每一體積能吸

42、收1015體積的CO2。4封閉液的配液：平衡瓶內(nèi)的封閉液在分析時要和煙氣試樣接觸，為了使封閉液不吸收CO2，常使它略微顯酸性，封閉液的配方有以下幾種：A.將150克食鹽溶于0.5L蒸餾水中，經(jīng)過一晝夜沉淀后慮去沉淀物，向該溶液中加入濃硫酸酸化，每升加10ml濃硫酸，再向溶液內(nèi)滴入10滴甲基橙，使它變成紅色，然后用煙氣飽和后即可使用。圖1 煙氣分析實驗裝置圖1量氣管； 2恒溫水套； 3平衡瓶； 4U形管； 5三通閥； 6、7、8吸收瓶；9連接管； 10橡皮管； 11連接管； 12、13、14活塞。B.將80克固體硫酸溶于200ml蒸餾水中，濾去雜質(zhì)，再加入甲基橙24滴，并加入稀硫酸使甲基橙變紅，

43、然后用煙氣飽和即可使用。5酸性氯化亞銅溶液的配制：15克氯化銅溶于120ml濃鹽酸中，然后加水至200ml，在配制溶液的時候，可能發(fā)生顯著的氧化作用，因而溶液呈烏黑色或紫黑色，這種溶液不能使用。需用Cu或氧化亞銅使其復(fù)原，復(fù)原后溶液呈褐黑色。6儀器的安裝和檢查：先把儀器洗凈，如上圖所示裝置，裝妥后在第一組吸收瓶6中注入200mlKOH溶液，作吸收CO2用，再在第二組吸收瓶7中注入200ml堿性焦性沒食子酸溶液，作吸收O2用，再在第三組吸收瓶8中注入200ml氨性氯化亞銅和銅絲作吸收CO用，每瓶裝入吸收劑溶液量以瓶體積的2/3為宜（約200ml），要求瓶內(nèi)剩余空間不小于100ml。并在三組吸收瓶

44、（若有四組的就在第四組吸收瓶）與大氣相通的吸收液面上注入液體石蠟，在平衡瓶3注滿封閉液，在量氣管外套管2中加入冷卻水（此種裝置可使量筒內(nèi)煙氣溫度不變），在U形管內(nèi)裝上無水氯化鈣（或硅膠），儀器各部分用乳膠管連接好，注意密封，然后按下述方法檢查儀器，是否漏氣。把開關(guān)12、13、14閉上，將三通開關(guān)5和大氣相通，將平衡瓶3提高，使量氣筒內(nèi)水位升到最上端刻度附近，然后關(guān)閉三通5，放下平衡瓶，此時量氣筒內(nèi)水面如只稍微下落后，保持不變，即證明活塞5不漏氣。然后再依次打開各組吸收瓶的活塞作檢查，即把第一組吸收瓶的液面調(diào)到刻度線后關(guān)閉塞12，如果吸收瓶種液面保持不變，即證明活塞12不漏氣。其它幾組吸收瓶也按

45、同樣方法檢查。如發(fā)現(xiàn)漏氣，則要把活塞重新涂上凡士林，校正至不漏氣為止。檢查完畢后，把吸收瓶中的吸收液和量氣筒中封閉線調(diào)至標線，以備測定。四測定步驟1將取樣管用橡皮管與U形管連接，旋動三通活塞5，使取樣管（車內(nèi)胎）僅與量氣管相通并與大氣隔絕，把平衡瓶向下移，使待測煙氣進入量氣瓶中，然后轉(zhuǎn)動活塞5，使量氣管內(nèi)與大氣相通并與取樣管（車內(nèi)胎）隔絕，提高平衡瓶，把吸入量氣管內(nèi)的煙氣排出。重復(fù)上述操作2次，便可以認為氣體分析器已被待測氣體洗凈。2.繼續(xù)提高平衡瓶使量氣管內(nèi)液面升至上端零點標線，并應(yīng)使平衡瓶內(nèi)液面與其對齊，然后旋三通活塞，使氣體與量氣瓶相通，下移平衡瓶，待量氣筒內(nèi)液面降至略低于100ml刻度

46、線時，旋活塞5，使量氣管與取樣管（車內(nèi)胎）及大氣都隔絕，將平衡瓶液面對齊量氣管100ml刻度線，旋三通活塞5使量氣管與大氣相通，隨即關(guān)閉，使其入氣量恰為100ml。3.測定時，先打開活塞13，提高平衡瓶，把氣體壓入第一組吸收瓶中，直至封閉升到量氣管上部標線為止，然后放下平衡瓶，氣體又被吸回量氣管中，如此反復(fù)34次將氣體吸回量氣管中，當吸收液到達吸收瓶上部刻度線時，關(guān)閉活塞12提高平衡瓶3，靠近量氣管，使平衡瓶中液面和量氣管中液面在同一高度時，記下量氣管液面的讀數(shù)，再打開活塞12，重復(fù)上述方法進行操作，直至量氣管的液面讀數(shù)不變，說明CO2氣體已被第一組吸收瓶中的KOH溶液吸收完全。記下讀數(shù)V1。

47、4.然后打開活塞13，按上述方法進行O2的測定，再至量氣管的讀數(shù)保持不變，記下讀數(shù)V2。5.再打開活塞14，按上述方法進行CO的測定，直至量氣管的讀數(shù)保持不變，記下讀數(shù)V3(若有第四組吸收瓶，按同樣的方法測定CO，記下V4，計算CO含量時按V4的讀數(shù))。五結(jié)果計算（1）煙氣組成的計算：式中：CO2、O2、CO、N2分別為煙氣組成中CO2、O2、CO及N2的百分含量（）；V1煙氣被KOH溶液吸收后的體積（ml）；V2煙氣被焦性沒食子酸鉀溶液吸收后的體積（ml）；V3煙氣被氨性氯化銅吸收以后的體積（ml）。（2）過?？諝庀禂?shù)的計算 式中：N2、O2、CO、CmHn干煙氣中各組分的體積百分數(shù)（）；R

48、O2干煙氣中CO2(SO2)的百分含量（）；X生成1標米3煙氣消耗的燃料量（根據(jù)碳平衡求出）標米3/標米3，或公斤/標米3；N燃燃料中N或N2百分含量（）；灰渣中有未燃盡的碳粒造成的損失（即機械不完全熱損失）占輸入熱量的百分數(shù)（）。若燃料中氮含量很低（如固體燃料、液體燃料、天然氣、液化石油氣），與空氣中N含量相比時，其量很小，可忽略不計，則從煙氣分析結(jié)果可直接求得值。六、思考題1、煙氣分析有什么次序？次序為什么不可顛倒？2、進行CO測定時，時間為什么不宜過長？3、平衡瓶的作用？實驗九 流體力學(xué)綜合實驗一 試驗?zāi)康?、了解層流和紊流的流態(tài)及其相互轉(zhuǎn)變的情況，測定流態(tài)與雷諾數(shù)的關(guān)系；3、觀察層流流

49、態(tài)下管道中流體速度的分布。 2、了解流體流動中機械能損失的變化規(guī)律；驗證伯努力能量方程守恒關(guān)系；3、掌握流體水頭測量原理及方法，測定和繪制總水頭線和測壓管水頭線。3、掌握測定流體流動阻力的一般方法，測定流體在圓形直管中流動時所產(chǎn)生的摩擦阻力，確定摩擦阻力系數(shù)與雷諾數(shù)之間的關(guān)系；4、測定流體流經(jīng)某一管件時的局部阻力，確定該管件的局部阻力系數(shù)。二、實驗原理 1、臨界雷諾數(shù)對于圓管，當雷諾數(shù)2000時，流體流態(tài)為層流；當臨界雷諾數(shù)4000時，流體流態(tài)為紊流。層流與紊流之間并非是突然的轉(zhuǎn)變，而是兩者之間相隔一個不穩(wěn)定過渡區(qū)域。因此，臨界雷諾數(shù)測定值和流型的轉(zhuǎn)變，在一定程度上受一些不穩(wěn)定因素的影響。圓管

50、中，層流的流速分布方程為： 式中：u距管中心距離為r的點速度值，m/s； 流體流經(jīng)的長度，m； P流體流經(jīng)長度的壓頭損失，Pa；流體的動力粘度，Pa·s；R 管半徑，m；r從管中心算起的距離，m。2、伯努力方程流動流體所具有的總能量是由各種形式的能量所組成，并且各種形式的能量之間又可相互轉(zhuǎn)化。對于不可壓縮的流體，在導(dǎo)管內(nèi)作定向流動，系統(tǒng)與環(huán)境又無功的交換時，則對系統(tǒng)即可列出以單位重量流體為基準的機械能守恒方程： m液柱， Hf 流動系統(tǒng)內(nèi)因阻力造成的壓頭損失。伯努力方程對于解決流體流動過程的管路計算、流體壓強、流速與流量的測量，以及流體輸送等問題，都具有十分重要的作用。3、阻力損失流體在管路中流動，由于粘性作用和渦流等的影響而產(chǎn)生機械能損失，這種能量損失稱為流體流動的阻力損失，其大小與管長、管徑