熱工實(shí)驗(yàn)報(bào)告12模具乙 修改稿5

1、模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)“熱工學(xué)基礎(chǔ)”實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī) ： 班級(jí) ： 姓名 ： 準(zhǔn)考證號(hào) ： 2013年11月11日實(shí)驗(yàn)3 二氧化碳?xì)怏wP-V-T關(guān)系的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增強(qiáng)對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2. 鞏固課堂講授的實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的理論知識(shí)，加深對(duì)飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等基本概念的理解。3. 掌握CO2的P-V-T間關(guān)系測(cè)定方法。觀察二氧化碳?xì)怏w的液化過程的狀態(tài)變化，及經(jīng)過臨界狀態(tài)時(shí)的氣液突變現(xiàn)象，測(cè)定等溫線和臨界狀態(tài)的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1測(cè)定CO2氣體基本狀態(tài)參數(shù)P-V-T之間的關(guān)系，在PV圖上繪制出t為20、31.1、40三條等溫曲線。2觀察飽和狀態(tài)，找出t為

2、20時(shí)，飽和液體的比容與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3觀察臨界狀態(tài)，在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象，測(cè)定臨界狀態(tài)參數(shù)。4根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，畫出實(shí)際氣體P-V-t的關(guān)系圖。三 、實(shí)驗(yàn)原理1.水蒸氣的基本感念（1)蒸發(fā)、沸騰汽化是物質(zhì)由液相變成氣相的現(xiàn)象。蒸發(fā)是指在液體表面發(fā)生的緩慢的汽化現(xiàn)象。沸騰是在液體表面和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。（2） 凝結(jié) 凝結(jié)是指物質(zhì)由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。 凝結(jié)的速度取決于空間蒸汽的壓力。（3） 飽和狀態(tài) 液相氣相處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài) 汽化潛熱：即溫度不變時(shí)，單位質(zhì)量的某種液體物質(zhì)在汽化過程中所吸收的熱量。汽化分兩種，蒸發(fā)和沸騰。兩者都吸熱，蒸發(fā)只在液體表面。而沸騰是

3、液體的內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的。 汽化潛熱同種物質(zhì)液體分子的平均距離比氣體中小得多。汽化時(shí)分子平均距離加大、體積急劇增大，需克服分子間引力并反抗大氣壓力作功。因此，汽化要吸熱。單位質(zhì)量的液體轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤瑴囟鹊恼魵鈺r(shí)吸收的熱量稱為汽化潛熱，簡(jiǎn)稱汽化熱。它隨溫度升高而減小，因?yàn)樵谳^高溫度下液體分子具有較大能量，液相與氣相差別變小。在臨界溫度下，物質(zhì)處于臨界態(tài)，氣相與液相差別消失，汽化熱為零。物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槠麘B(tài)的過程叫汽化。汽化潛熱：在一定溫度下，1kg液體轉(zhuǎn)為同溫度下汽體所吸收的熱量，用r表示。單位焦/千克(J/kg)2.水蒸汽的發(fā)生過程（1）飽和溫度和飽和壓力： 處于飽和狀態(tài)的汽、液溫度相同，稱為飽

4、和溫度ts，蒸汽的壓力稱為飽和壓力ps ts上升， ps上升； ps上升， ts上升。結(jié)論：一定的飽和溫度對(duì)應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系。3.水的定壓加熱過程4. 水蒸汽定壓生成過程中熱量的計(jì)算a點(diǎn)未飽和水 < b點(diǎn)飽和水 c點(diǎn)混飽和水蒸氣 d點(diǎn)干飽和蒸汽 e點(diǎn)過熱蒸汽 >在T-S圖中1. 水的預(yù)熱加熱過程 a-b，預(yù)熱2. 汽化階段汽化潛熱r=3. 過熱階段過熱 水的定壓預(yù)熱階段取初始狀態(tài)1時(shí)水的壓力為p，而溫度與三相點(diǎn)溫度相同，即為0.01 ，因該溫度低于壓力p所對(duì)應(yīng)的飽和溫度ts，故處于未飽和水狀態(tài)。為使容積變化時(shí)保持壓力不變，假設(shè)容器為具有活塞的氣缸

5、，如圖1所示。當(dāng)水受熱時(shí)，水的溫度升高，比體積略有增加，直到水的溫度升高到壓力p所對(duì)應(yīng)的飽和溫度ts時(shí)，全部水變成飽和水，如圖1所示。其狀態(tài)變化過程，如圖中過程所示11。飽和水的定壓汽化過程 1kg水從1狀態(tài)被加熱到2狀態(tài)所吸收的熱量: 5. 不同壓力下水蒸汽定壓生成過程的p-V圖和T-S圖如果將不同壓力下蒸汽的形成過程表示在p-v圖與T-s 圖上，并將不同壓力下對(duì)應(yīng)的狀態(tài)點(diǎn)連接起來，就得到了圖5-3中的（a1a2a3 )a系線，（b1b2b3 ）b系線以及（d1d2d3 ）d系線，它們分別表示各種壓力下的0的水、飽和水以及干飽和蒸汽狀態(tài)。a系線近乎一條垂直線，這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)的水幾乎不可壓縮，

6、壓力升高，比體積基本不變。b系線稱為飽和水線或下界線，它表示的是不同壓力下飽和水的狀態(tài)。d系線稱為干飽和蒸汽線或上界線，它表示的是不同壓力下干飽和蒸汽的狀態(tài)。由圖5-3可以清楚地看到，隨著壓力的增加，飽和水與干飽和蒸汽狀態(tài)點(diǎn)間的距離逐漸縮短。當(dāng)壓力增加到某一臨界值時(shí)，飽和水與干飽和蒸汽不僅具有相同的壓力和比體積，而且還具有相同的溫度和熵，這時(shí)的飽和水與干飽和蒸汽之間的差異已完全消失，在圖中由同一點(diǎn)C表示，這個(gè)點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，這樣一種特殊的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。臨界狀態(tài)的各熱力參數(shù)都加下角標(biāo)"cr"，如水的臨界參數(shù)為：Pcr=22.064 MPa 、tcr=373.99、cr=0.

7、003106/kg、hcr=2085.9 kJ/kg 、scr=4.4092 kJ/(kgk)。水在臨界壓力pcr下定壓加熱到臨界溫度tcr時(shí)，不存在汽液分界線和汽液共存的汽化過程，再加熱就直接成為過熱蒸汽。 圖5-3 水蒸氣的p-v圖及T-s圖 分析水蒸氣的相變圖線可見，上、下界線表明了水汽化的始末界線，二者統(tǒng)稱飽和曲線，它把p-v和T-s圖分為三個(gè)區(qū)域，即液態(tài)區(qū)(下界線左側(cè))、濕蒸汽區(qū)(飽和曲線內(nèi))、汽態(tài)區(qū)(上界線右側(cè))。此外，習(xí)慣上常把壓力高于臨界點(diǎn)的臨界溫度線作為“永久”氣體與液體的分界線。所以，水蒸氣的相變圖線，可以總結(jié)為一點(diǎn)(臨界點(diǎn))、二線(上界線、下界線)、三區(qū)(液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)

8、、氣態(tài)區(qū))和五態(tài)(未飽和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕飽和蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、過熱蒸汽狀態(tài))。 所謂干度，是指每千克濕蒸汽中含有干蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，而濕度是指每千克濕蒸汽中所含飽和水的質(zhì)量百分比干度x濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， X= -濕蒸汽中所含干蒸汽的質(zhì)量。M-濕蒸汽的質(zhì)量,。由于濕飽和蒸汽實(shí)質(zhì)上是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，因此其熱力學(xué)能、焓、熵及容積可表示為 三區(qū)：未飽和水區(qū)、濕蒸汽區(qū)及過熱蒸汽區(qū)五種狀態(tài)：未飽和水狀態(tài)：a1-b1的狀態(tài)，溫度低于該壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度的水。T<TS飽和水狀態(tài)：b1狀態(tài)，溫度等于該壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度的不含蒸汽的水T=TS P=PS濕蒸汽狀態(tài)

9、：b1-d1的狀態(tài)，飽和水與飽和蒸汽平衡共存的狀態(tài) T=TS P=PS干飽和蒸汽狀態(tài)：d1的狀態(tài)，溫度等于該壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度的不含水的蒸汽T=TS P=PS過熱蒸汽狀態(tài)：d1-e1的狀態(tài)，過熱蒸汽，凡溫度高于該壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度的蒸汽T<TSP>Pc時(shí)：三態(tài)不存在在一定壓力下的沸騰點(diǎn)溫度產(chǎn)生的蒸汽稱為干飽和蒸汽，此時(shí)干度為1。但實(shí)際應(yīng)用中很難產(chǎn)生100%的干蒸汽，通常都帶有一定量的水滴。如果蒸汽中含有10%質(zhì)量的水分，則蒸汽為90%的干度，即蒸汽干度為0.9。因此實(shí)際的濕蒸汽蒸發(fā)焓不是蒸汽表上所顯示的hfg，5. 理想氣體狀態(tài)方程：PV = mRgT用摩爾體積Vm時(shí) PVm=

10、RT R：通用氣體常數(shù)8.314J/mol.k R=P0Vm/T0實(shí)際氣體：因?yàn)闅怏w分子體積和分子之間存在相互的作用力，狀態(tài)參數(shù)（壓力、溫度、比容）之間的關(guān)系不再遵循理想氣體方程式了?？紤]上述兩方面的影響，1873年范德瓦爾對(duì)理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行了修正，提出如下修正方程： （3-1）式中: a / v2是分子力的修正項(xiàng)；b是分子體積的修正項(xiàng)。修正方程也可寫成 : （3-2）它是V的三次方程。隨著P和T的不同，V可以有三種解：三個(gè)不等的實(shí)根；三個(gè)相等的實(shí)根；一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根。1869年安德魯用CO2做試驗(yàn)說明了這個(gè)現(xiàn)象，他在各種溫度下定溫壓縮CO2并測(cè)定p與v，得到了PV圖上一些等溫線，如圖

11、21所示。從圖中可見，當(dāng)t >31.1時(shí)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)p，可有一個(gè)v值，相應(yīng)于（1）方程具有一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根；當(dāng)t =31.1時(shí)，而p = pc時(shí)，使曲線出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)C即臨界點(diǎn)，相應(yīng)于方程解的三個(gè)相等的實(shí)根；當(dāng)t <31.1時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線中間有一段是水平線（氣體凝結(jié)過程），這段曲線與按方程式描出的曲線不能完全吻合。這表明范德瓦爾方程不夠完善之處，但是它反映了物質(zhì)汽液兩相的性質(zhì)和兩相轉(zhuǎn)變的連續(xù)性。2簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)壓力、溫度和比容之間有確定的關(guān)系，可表示為： F（P，V，T）= 0或 v= f(P,T)可見，保持任意一個(gè)參數(shù)恒定，測(cè)出其余兩個(gè)參數(shù)之間

12、的關(guān)系，就可以求出工質(zhì)狀態(tài)變化規(guī)律。如維持溫度不變，測(cè)定比容與壓力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，就可以得到等溫線的數(shù)據(jù)。 圖3-1 二氧化碳的-t關(guān)系 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：由壓縮室本體、恒溫器及活塞式壓力計(jì)組成，如圖32所示?；钊綁毫τ?jì)：由手輪帶動(dòng)活塞桿的進(jìn)退調(diào)節(jié)油壓，提供實(shí)驗(yàn)中所需的壓力。恒溫器：提供恒溫水，用恒溫水再去恒定CO2的溫度。保持實(shí)驗(yàn)中在不同等級(jí)的等溫過程中進(jìn)行。壓縮室本體：壓縮氣體的壓縮室本體由一根玻璃毛細(xì)管和水銀室組成，如圖33所示。預(yù)先刻度和充氣的玻璃毛細(xì)管1插入水銀室2中，再打開玻璃管下口。 圖32 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，由恒溫器提供的恒溫水，從 1壓縮室本體 2活塞式壓力計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)本

13、體玻璃水套下端進(jìn)口流入，上端 3恒溫器出口流出，反復(fù)循環(huán)。玻璃恒溫水套維持了毛細(xì)管內(nèi)氣體溫度不變的條件，由于水套上的溫度計(jì)誤差太大，用恒溫器上的精密溫度計(jì)來代替，可以近似認(rèn)為玻璃管中所存的CO2溫度與此溫度相同。實(shí)驗(yàn)中要緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)活塞式壓力計(jì)的手輪，逐漸增大壓力油室3中的油壓，使毛細(xì)管內(nèi)的CO2氣體壓縮。透過玻璃管可以看到氣體的壓縮過程。CO2氣體壓縮時(shí)所受壓力是由壓力臺(tái)上的壓力表讀出，氣體的體積V由毛細(xì)管上的刻度讀出，再經(jīng)過換算得到。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1首先恒溫器接通電源，開動(dòng)電力泵，使系統(tǒng)水進(jìn)行循環(huán)對(duì)流。2. 旋轉(zhuǎn)電接點(diǎn)溫度計(jì)的頂端幅形磁鐵，調(diào)整實(shí)驗(yàn)中所規(guī)定的恒定溫度。3開始加熱，觀察恒溫器上精

14、密溫度計(jì)，若其溫度計(jì)讀數(shù)與電接點(diǎn)溫度計(jì)標(biāo)定的溫度一致時(shí)，則可近似認(rèn)為玻璃管中CO2的溫度處于標(biāo)定的溫度。4. 開始加壓，應(yīng)緩緩地前進(jìn)活塞螺桿加壓，并注意觀察CO2受壓后的各種現(xiàn)象。5. 進(jìn)行記錄實(shí)驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)。6. 當(dāng)需要改變溫度時(shí)，重復(fù)上述步驟。 六、注意事項(xiàng)1. 恒溫水的溫度應(yīng)穩(wěn)定足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使毛細(xì)管內(nèi)外的溫度均衡后再開始測(cè)量數(shù)據(jù)。2. 增大油壓時(shí)，使毛細(xì)管內(nèi)水銀面緩緩上升，要保持緩慢壓縮。3. 維持溫度不變，調(diào)整若干次壓力，壓力間隔一般可取5bar左右，在接近飽和狀態(tài)或臨界狀態(tài)時(shí)應(yīng)取0.5bar。4. 除t=20時(shí)，須加壓至絕對(duì)壓力為102bar（100ata）外，其余各等溫線

15、均在5090間測(cè)出h值，絕對(duì)不允許表壓超過102bar。5實(shí)驗(yàn)結(jié)束卸壓時(shí)，應(yīng)使壓力逐漸下降， 不得直接打開油杯閥門卸壓。 6實(shí)驗(yàn)完畢將儀器擦凈，恢復(fù)原狀。 圖33 壓縮室本體示意圖 八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理 1CO2比容的確定實(shí)驗(yàn)中由于CO2的質(zhì)量m不便測(cè)定，承受玻璃的內(nèi)徑d也不易測(cè)準(zhǔn)，因而只能用間接方法確定V值：因?yàn)槎趸荚?0，100ata（102bar）時(shí)，比容即：Vco2(20，100ata)= 因?yàn)?(常數(shù))則任意情況下二氧化碳的比容：所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得t=20, p=100ata時(shí)的h0值，計(jì)算出k值后，其它任意狀態(tài)下的比容V值均可求得。2列數(shù)據(jù)表及繪制P-V圖。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算整理后

16、，繪制出實(shí)際CO2氣體P-V的關(guān)系圖。 九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)及實(shí)驗(yàn)原理。2 記錄實(shí)驗(yàn)過程的原始數(shù)據(jù)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表）。3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算整理并畫出二氧化碳P-V-t的關(guān)系圖。十 、思考題：1 為什么加壓時(shí)，要足夠緩慢地?fù)u動(dòng)活塞桿而使加壓足夠緩慢進(jìn)行？若不緩慢加壓，會(huì)出現(xiàn)什么問題？2 卸壓時(shí)為什么不能直接開啟油杯閥門。表3-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表 t=20t=31.1 t=40表壓 p bar高度 hmm比體積 m³/kg觀察現(xiàn)象表壓 Pbar高度 hmm比體積 m³/kg觀察現(xiàn)象表壓 Pbar高度 hmm比體積m³/kg觀察現(xiàn)象 30

17、35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 99 實(shí)驗(yàn)5 壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn) 活塞式壓氣機(jī)是通用的機(jī)械設(shè)備之一，其工作原理是消耗機(jī)械能（或電能）而獲得壓縮氣體。壓氣機(jī)的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進(jìn)與否的重要參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是利用微機(jī)對(duì)壓氣機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，經(jīng)計(jì)算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機(jī)的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握指示功、壓縮指數(shù)和容積效率的基本測(cè)試方法；2對(duì)使用微機(jī)采集、處理數(shù)據(jù)的全過程和方法有所了解。二、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng) 本實(shí)驗(yàn)儀器裝置主要由：壓氣機(jī)、電動(dòng)機(jī)及測(cè)試系統(tǒng)所組成。測(cè)試

18、系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、放大器、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)，見圖51。壓氣機(jī)型號(hào)：Z0.03/7汽缸直徑：D=50mm 活塞行程: L=20mm連桿長(zhǎng)度：H=70mm， 轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分 圖51 壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試系統(tǒng)為了獲得反映壓氣機(jī)性能的示功圖，在壓氣機(jī)的汽缸頭上安裝了一個(gè)應(yīng)變式壓力傳感器，供實(shí)驗(yàn)時(shí)汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)橋式整流后，送至動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大。對(duì)應(yīng)著活塞上止點(diǎn)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上止點(diǎn)的脈沖信號(hào)，作為控制采集壓力的起止信號(hào)，以達(dá)到壓力和曲柄傳角信號(hào)的同步。這二路信號(hào)經(jīng)放大器分別放大后，送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計(jì)算機(jī)，

19、經(jīng)計(jì)算處理便得到了壓氣機(jī)工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖52及圖53。 圖 52 封閉的示功圖 圖 53 展開的示功圖根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式，活塞位移量x與曲柄轉(zhuǎn)角a有如下關(guān)系： （5-1）式中：=R/LR曲柄半徑；H連桿長(zhǎng)度；a曲柄轉(zhuǎn)角。三、實(shí)驗(yàn)原理一、活塞式壓氣機(jī)理論工作過程： 2、 存在余隙容積對(duì)壓氣機(jī)的理論工作過程： 有余隙容積活塞式壓縮機(jī)的P-V 34 膨脹過程 殘留高壓氣體膨脹過程 41吸氣過程 熱力狀態(tài)不變，低壓氣 體聽過管路輸入 12 壓縮過程 P1 V1壓縮至P2 V2 23 排氣過程熱力狀態(tài)不變，高壓輸出儲(chǔ)氣罐理論工作過程：膨脹吸氣壓縮 排氣容積效率=有效的工

20、作容積/工作容積=1-=1-因?yàn)樗?壓縮比 余隙比一般取0.03-0.08分析公式得1存在余隙容時(shí)進(jìn)氣量減少，氣缸容積不能充分利用，即被降低活塞排量，欲得到同樣排量的壓縮氣體必須采用氣缸較大的機(jī)器。2余隙的影響隨著增壓比的增大而增大，或者在增壓比一定時(shí)余隙比較大則降低3提高排氣壓力對(duì)壓氣機(jī)產(chǎn)生的影響 結(jié)論1壓力機(jī)的排氣壓力不得超過潤(rùn)滑油的結(jié)碳溫度，若高于結(jié)碳溫度，壓氣機(jī)可能燒毀。 2單級(jí)壓氣機(jī)熱力分析： WC2T<WC2n<WC2s T2T<T2n<T2s結(jié)論：等溫過程壓氣機(jī)做功最小，排氣溫度最低，壓氣機(jī)的壓縮過程接近等溫過程壓氣機(jī)氣缸加水套或肋片等措施。4、 單機(jī)壓

21、氣機(jī)理論耗功公式推導(dǎo)： 1指示功和指示功率指示功：活塞壓氣機(jī)進(jìn)行一個(gè)工作過程，活塞對(duì)氣體所作的功，記為L(zhǎng)i。顯然功量就是PV圖上工作過程線所包圍的面積。其縱坐標(biāo)是以線段長(zhǎng)度表示的壓力值，而橫坐標(biāo)則表示活塞的位移量，經(jīng)測(cè)面儀測(cè)量和計(jì)算才能得到功的數(shù)值，即： Li=S×K1×K2×10-5 (kgf-m) （5-2）式中：S 由測(cè)面儀測(cè)定的面積值 （mm2）;K1單位長(zhǎng)度代表的容積 (mm3/mm) ； 式中： L活塞行程（mm）；活塞行程的線段長(zhǎng)度（mm）；K2單位長(zhǎng)度代表的壓力 (at/mm); 式中： p 工作時(shí)的表壓力(at);表壓力在縱坐標(biāo)圖上對(duì)應(yīng)的高度(m

22、m);指示功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)活塞對(duì)氣體所作的功，記為Ni。用下式表示：Ni=Li×n/102×60 (KW) （5-3）式中：n 轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)2.平均多變壓縮指數(shù)壓氣機(jī)的實(shí)際壓縮過程介于定溫壓縮與定熵壓縮之間，過程指數(shù)在壓縮過程中不斷變化，根據(jù)壓氣機(jī)的理論軸功和氣體壓縮功的關(guān)系，可以求得平均的多變指數(shù)，記為n0。 （5-4）在示功圖上：即為壓縮過程線與縱坐標(biāo)圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標(biāo)圍成的面積之比。即： （5-5）3. 容積效率（）根據(jù)熱力學(xué)定義： （5-6）在示功圖上：即為有效吸氣線段長(zhǎng)度與活塞行程線段長(zhǎng)度之比。即： （5-7）四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 接通所有測(cè)試儀器設(shè)備的

23、電源。2. 把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計(jì)算機(jī)。3. 啟動(dòng)壓氣機(jī)，調(diào)好排氣量，待壓氣機(jī)工作穩(wěn)定后，計(jì)算機(jī)開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，得到了展開的和封閉的始功圖。4. 用測(cè)面儀測(cè)量封閉示功圖的面積。5. 分別測(cè)量壓縮過程線與橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)包圍的面積。6. 用尺子量出有效吸氣線段的長(zhǎng)度和活塞行程線段的長(zhǎng)度。7.調(diào)節(jié)排氣閥7，改變排氣壓力，重復(fù)46的實(shí)驗(yàn)步驟。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理。2記錄計(jì)算機(jī)采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表5-1中。2. 根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個(gè)面積值及壓力Pd值。3. 計(jì)算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實(shí)際值（要求計(jì)算過程）。六、思考題1.

24、 為什么壓縮過程的多變指數(shù)與膨脹過程的多變指數(shù)不相等？對(duì)于同一個(gè)過程（壓縮或膨脹過程）的不同區(qū)段，為什么多變指數(shù)也不一樣？2. 當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，其壓縮指數(shù)變化范圍是多少？在什么情況下，壓氣機(jī)耗功最省？3分析壓氣機(jī)工作壓力的改變將對(duì)容積效率有何影響。表5-1壓縮機(jī)性能實(shí)驗(yàn)記錄大氣壓力-bar室溫-濕度-排氣管內(nèi)徑-cm1237891011項(xiàng)目?jī)?chǔ)氣罐壓力輸入電功率電動(dòng)機(jī)效率壓氣機(jī)生產(chǎn)量示功圖面積壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速活塞排量吸氣壓力吸氣狀態(tài)生產(chǎn)量符號(hào)P2NggP1V3fnVh單位barkWbarm3/mincm2r/minm3/min實(shí)驗(yàn)7 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

25、系數(shù)的方法。2 了解溫度測(cè)量過程及溫度傳感元件。2、 實(shí)驗(yàn)原理 導(dǎo)熱 由于物體內(nèi)部分子、原子和電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，而組成物體的物質(zhì)并不發(fā)生宏觀的位移，將熱量從高溫區(qū)傳到低溫區(qū)的過程稱為導(dǎo)熱導(dǎo)熱的微觀機(jī)理在氣體中，導(dǎo)熱是氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果。氣體溫度越高，其分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能越大，不同能量水平的分子相互碰撞的結(jié)果使熱量從高溫處傳到低溫處。在導(dǎo)電固體中，相當(dāng)多的自由電子在晶格之間像氣體分子那樣，通過相互碰撞傳遞能量。在不導(dǎo)電的固體中，熱量的傳遞是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，即原子、分子在平衡位置附近的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。而對(duì)于液體的導(dǎo)熱機(jī)理目前尚未獲得統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為液體的導(dǎo)熱原因類似于氣

26、體分子的相互碰撞，只是液體分子之間的距離較小，分子間的作用力影響大于在氣體分子間的作用力對(duì)碰撞過程的影響；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為液體的導(dǎo)熱原因類似于非導(dǎo)電固體，主要依靠彈性波的作用。溫度分布溫度分布是指物體的溫度在時(shí)間和空間的分布函數(shù)：   按照溫度場(chǎng)是否隨時(shí)間變化將導(dǎo)熱問題分為兩類：一類是溫度場(chǎng)中溫度的分布不隨時(shí)間變化發(fā)生變化的導(dǎo)熱，即穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；另一類是溫度場(chǎng)中溫度的分布隨時(shí)間發(fā)生變化而定導(dǎo)熱，稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 按照物體的溫度分布發(fā)生變化所考慮的不同坐標(biāo)數(shù)，導(dǎo)熱問題又可分為一維穩(wěn)態(tài)（非穩(wěn)態(tài)）、二位穩(wěn)態(tài)（非穩(wěn)態(tài)）、三維穩(wěn)態(tài)（非穩(wěn)態(tài)）導(dǎo)熱。 .等溫面與等溫線溫度場(chǎng)中同一時(shí)刻同溫度各點(diǎn)

27、連成的面，稱為等溫面。在任何二位截面上等溫面表示為等溫線。 .溫度梯度溫度梯度是指沿等溫面法線方向上的溫度增量與法線距離比值的極限。 熱流密度 單位時(shí)間、單位面積上所傳遞的熱量即為熱流密度，在不同方向上的熱流密度的大小不同。常表示為q（W/m2）。 導(dǎo)熱的基本定律導(dǎo)熱現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)律已經(jīng)總結(jié)為傅里葉定律，其文字?jǐn)⑹鍪牵簡(jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積所傳遞的熱流，正比與當(dāng)?shù)卮怪狈较蛏蠝囟茸兓?，熱流傳遞的方向與溫度升高的方向相反。 熱導(dǎo)率 熱導(dǎo)率的數(shù)值就是物體中單位溫度梯度、單位時(shí)間、通過單位面積的導(dǎo)熱量，其單位是W/(m·K)。 導(dǎo)熱系數(shù)表1 常用固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)固體溫度，導(dǎo)熱系數(shù)，W

28、/m·K鋁300230鎘1894銅100377熟鐵1861鑄鐵5348鉛10033鎳10057銀100412鋼(1%C)1845船舶用金屬30113青銅189不銹鋼2016石墨0151石棉板500.17石棉01000.15混凝土01001.28耐火磚1.04保溫磚01000.120.21建筑磚200.69絨毛毯01000.047棉毛300.050玻璃301.09云母500.43硬橡皮00.15鋸屑200.052軟木300.043玻璃毛-0.04185%氧化鎂-0.0701TDD(巖棉)保溫一體板700.040TDD(XPS板)保溫一體板250.028TDD(真空絕熱)保溫一體板250

29、.006TDD真空絕熱保溫板250.006ABS-0.25表 2 液體的導(dǎo)熱系數(shù)液體溫度，導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K醋酸50%200.35丙酮300.17苯胺0200.17苯300.16氯化鈣鹽水30%300.55乙醇80%200.24甘油60%200.38甘油40%200.45正庚烷300.14水銀288.36硫酸90%300.36硫酸60%300.43水300.62表 3 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)氣體溫度，導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·K氫00.17二氧化碳00.015空氣00.024空氣1000.031甲烷00.029水蒸汽1000.025氮00.024乙烯00.017氧00.024乙烷00.0

30、181. 與材料的種類、溫度、濕度、密度等因素有關(guān)。2. 一般呈線性，。3. 為常數(shù)，從實(shí)驗(yàn)中得到。 6一維穩(wěn)態(tài)單層平壁的導(dǎo)熱計(jì)算o x t1tt2 邊界條件, 分離變量積分：多層平壁 式中： n為層數(shù) 為某一層的導(dǎo)熱熱阻 粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)可通過球體導(dǎo)熱儀測(cè)定。如圖11所示。由均質(zhì)粒狀材料填 充而成的球壁，內(nèi)外直徑分別為d1及d2（半徑r1及r2），它的內(nèi)外表面溫度等于t1和t2，并維持不變。由于在不大的溫度范圍內(nèi)大多數(shù)工程材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，均可按直線關(guān)系處理，則將付利葉定律用于此球壁導(dǎo)熱問題。如圖71的邊界條件積分可得到熱流量計(jì)算式： （7-1）邊界條件分離變量積分： （7-2）

31、 圖71 球殼導(dǎo)熱過程 而當(dāng)（7-1）式變?yōu)?（7-4）上式中項(xiàng)，在 范圍內(nèi)的積分平均值用表達(dá)。 （7-6）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出，。已知球的內(nèi)外殼直徑，按（7-6）求出 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的一般規(guī)律 1) 物體內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化； 2) 與熱流法向相垂直的截面上熱流量處處不相等。 即熱流量隨時(shí)間和空間變化。2、集總參數(shù)法 在解決非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，忽略內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn) 化分析方法由集總參數(shù)法得出的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體溫度的變化表達(dá)式： 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 如圖72所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成包括：球體導(dǎo)熱儀本體、實(shí)驗(yàn)臺(tái)手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測(cè)量系統(tǒng)。球體導(dǎo)熱儀本體是兩個(gè)球殼同心套裝在一起，內(nèi)球殼外徑為d1，

32、外球殼內(nèi)徑為d2，在兩球殼之間填充實(shí)驗(yàn)粒狀材料，熱量由裝入內(nèi)球殼中的球形電加熱器加熱得到。熱量穿過內(nèi)球壁和被測(cè)材料到外球殼，外球殼通過自然空氣對(duì)流方式進(jìn)行冷卻。每個(gè)球殼布置上下兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測(cè)定各種散狀物料（如沙子、礦渣、石灰等）的導(dǎo)熱系數(shù)。手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作完成手動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)，其中，功率測(cè)量由電壓表和電流表檢測(cè)得到，溫度測(cè)量由電位差計(jì)檢測(cè)得到。計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)主畫面，實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量值等。數(shù)字儀表測(cè)量系統(tǒng)通過數(shù)字儀表機(jī)柜，直接測(cè)量得到球壁溫度值和熱流功率值。 四、 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1確認(rèn)所在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電壓表

33、、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。2學(xué)會(huì)用電位差計(jì)測(cè)量熱電偶信號(hào)操作要領(lǐng)。3切換轉(zhuǎn)換開關(guān)，記錄4個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表7-1中。 4. 測(cè)完一組數(shù)據(jù)后，隔58分鐘再測(cè)一組數(shù)據(jù)，重復(fù)3的實(shí)驗(yàn)步驟，共測(cè)三組數(shù)據(jù)。 5. 改變電壓二次，重復(fù)34實(shí)驗(yàn)步驟。 圖72 球體導(dǎo)熱儀實(shí)驗(yàn)裝置原理結(jié)構(gòu)圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將試料烘干，并根據(jù)給定的被測(cè)材料的容量，算出儀器內(nèi)所需裝填的試料重量，然后均勻的裝入球內(nèi)；2、將所有儀器儀表按圖1-1接好，并經(jīng)指導(dǎo)教師檢查；3、接通電源，用調(diào)壓變壓器將電壓調(diào)到一定的數(shù)值并保持不變，觀察各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)的變化情況；4、當(dāng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本不隨時(shí)間變化時(shí)，說明系統(tǒng)已達(dá)穩(wěn)