熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書與實(shí)驗(yàn)報(bào)告中英文版

1、目錄1.熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書22.熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告26 熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書Thermodynamics and Heat transfer Basic Experiment Instructor （工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)一 氣體定壓比熱容測(cè)定實(shí)驗(yàn)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)，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)原理由工程熱力學(xué)所知，氣體定壓比熱容的定義式為：（1）在沒有對(duì)外界作功的氣體定壓流動(dòng)過程中，此時(shí)氣體的定壓比

2、熱容可表示為：（2）當(dāng)氣體在此定壓過程中由溫度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。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：Cp=A+Bt（4）由t1加熱到t2的平均定壓比熱容則為：（5）這說明，此時(shí)

3、氣體的平均比熱容等于平均溫度tm=(t1+t2)/2時(shí)的定壓比熱容，因此，可以對(duì)某一氣體在n個(gè)不同的平均溫度tmi下測(cè)出其定壓比熱容Cpmi，然后根據(jù)最小二乘法原理。確定A、B：（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1、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)。2、該比熱容儀可測(cè)量300以下氣體的定壓比熱容四、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)。開動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)流閥，使

4、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ta和濕球溫度tw。3、將溫度計(jì)入回原位，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=12t/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10升空氣所需要的時(shí)間，S）。4、待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘內(nèi)無變化或有微小變化，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升氣體通過流量計(jì)時(shí)所需的時(shí)間（S）；（2）比熱容儀進(jìn)口溫度t1與出口溫度t2（）；（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）

5、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ta和濕球溫度tw，在干濕球溫度計(jì)上讀出空氣的相對(duì)濕度，再從濕空氣的焓濕圖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rw2、電加熱器消耗的功率可由電壓和電流的乘積計(jì)算。3、干空氣流量為：4、水蒸汽流量為：5、水蒸汽吸熱量為：6、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、報(bào)告中要有實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)

6、果。3、將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示在Cpmtm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、切勿在無氣流通過的情況下使加熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞比熱容儀本體。2、輸入加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，防止比熱容儀本體和溫度計(jì)因溫度聚升或聚降而損壞。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。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、通過實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)運(yùn)用熱力學(xué)基本理論處理實(shí)際問題

7、的能力。3、通過實(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Cp和定容比熱壓Cv，之比被定義為該氣體的絕熱指數(shù)，并以k表示，即k=Cp/Cv。本實(shí)驗(yàn)利用定量氣體在絕熱膨脹過程和定容加熱過程中的變化規(guī)律來測(cè)定空氣絕熱指數(shù)k。該實(shí)驗(yàn)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。因?yàn)锳B為絕熱過程，所以: ACB （1）BC為定容過程，所以VB=VC。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：PAVA=PCVC（2）將（2）式兩邊k次方得：（PAVA）k=（PCVC）k （3）比較（1）、（3）兩式，可得：將上式兩邊取對(duì)數(shù)

8、，可得：（4）因此，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形管差壓測(cè)得狀態(tài)A的表壓hA(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，膨脹過程結(jié)束。因?yàn)镻B=Pa（大氣壓力），由于此過程進(jìn)行得十分迅速，可忽略過程的熱交換，因此可認(rèn)為此過程為定量氣體的絕熱膨脹過程，即由狀態(tài)A（PA、V

9、A、TA）絕熱膨脹至狀態(tài)B（PB、VB、TB），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）。若忽視剛性容器的體積變化，此過程可認(rèn)為是定容加熱過程，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)過絕熱膨脹過程至B，又經(jīng)過定容加熱過程至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中所示的過程。研究對(duì)象定容加熱絕熱膨脹P V TP V TP V T狀態(tài)C狀態(tài)B狀態(tài)A四、實(shí)驗(yàn)步驟1、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)

10、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)開始時(shí)，首先應(yīng)檢查裝置的氣密性。方法是：通過充氣閥對(duì)剛性容器充氣至狀態(tài)A，使hA=200(mmH2O)左右，過幾分鐘后觀察水柱的變化，若不變化，說明氣密性滿足要求，若有變化，則說明漏氣。此步驟一定要認(rèn)真，否則將給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來較大的誤差，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)正式開始前要多練習(xí)幾次）。5、等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)

11、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r=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hA200(mmH2O)，且hc<hA，因此有hc+papa，hA/Pa1,(hA-hc)/(pa+hA)1。所以，按照近似的方法，（5）式可簡(jiǎn)化為：（6）這

12、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。實(shí)驗(yàn)一 粉末或散裝絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)圓球法測(cè)定粉末或散裝材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法；2、測(cè)定試驗(yàn)材料(膨脹珍珠巖或空心微珠的粉末)在試驗(yàn)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)；3、熟悉熱電偶測(cè)溫、直流電位差計(jì)測(cè)熱電勢(shì)的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)時(shí)將粉末或散裝試驗(yàn)材料均勻地填滿在圓球?qū)醿x的大球和小球之間。小球內(nèi)芯裝有電加熱器，電加熱器放出的熱量傳給小球，然后通過試驗(yàn)材料傳向大球，再由大球傳給空氣。實(shí)驗(yàn)中可保證大、小球壁的溫度均勻一致，因此在經(jīng)過一段時(shí)間加熱后，自小球向大球的傳熱可視為球坐標(biāo)系（三個(gè)坐標(biāo)方向?yàn)椋喊霃絩方向，球的經(jīng)度方向

13、及球的緯度方向）中的沿半徑方向的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。導(dǎo)熱量可由傅立葉定律算出： (11)移項(xiàng)后為從小球到大球積分（小球半徑為r1，直徑為d1，壁溫為tw1；大球半徑為r2，直徑為d2，壁溫為tw2）有 （12）式中：d1、d2單位為mtw1、tw2單位為Q的單位為w的單位為w/m.由上式得 （13）實(shí)驗(yàn)中測(cè)出電加熱器的功率或測(cè)出電加熱器的電壓V（伏特）和電流1（安培）就可得到傳熱量Q；大、小球的壁面溫度tw1、tw2可由埋在大、小球壁面上的各三對(duì)銅-康銅熱電偶測(cè)出；大球直徑d2=160×10-3m，小球直徑d1=80×10-3m。測(cè)出這些數(shù)據(jù)后就可根據(jù)（13）式算出導(dǎo)熱系數(shù)值。把

14、d1、d2數(shù)值代入（13）式整理后可得的簡(jiǎn)單算式： （14）三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由圓球?qū)醿x、試驗(yàn)材料、電加熱器、熱電偶及冰瓶、多點(diǎn)切換開關(guān)、電位差計(jì)、功率表或電壓表與電流表、交流穩(wěn)壓電源、自偶變壓器、整流器等組成。圓球?qū)醿x由大、小兩個(gè)空心的球壁組成，小球同心地裝在大球內(nèi)，試驗(yàn)材料填滿在大小球壁之間。大球內(nèi)壁和小球外壁上埋設(shè)的三對(duì)熱電偶的冷端接冰瓶，熱端和多點(diǎn)切換開關(guān)相連接，以便通過電位差計(jì)測(cè)出六個(gè)熱電勢(shì)（大球壁三個(gè)、小球壁三個(gè)），然后查熱電偶分度表得到大、小球壁面的平均溫度。小球壁內(nèi)的電加熱器由交流穩(wěn)壓電源、自偶變壓器、整流器供電，功率由電壓表與電流表測(cè)出或由功率直接讀出。電加熱器的輸入功

15、率大小可由自偶變壓器調(diào)節(jié)，以改變大、小球壁的溫度。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置圖，并了解各部分的作用，然后接上測(cè)量?jī)x表和全部線路，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，接通電源，并調(diào)整電加熱器的輸入功率為指定值（該值由指導(dǎo)教師臨時(shí)告知）。2、加熱若干時(shí)間后，當(dāng)內(nèi)、外壁溫度不再改變時(shí)（可由熱電偶的熱電勢(shì)不變示出）導(dǎo)熱儀中導(dǎo)熱已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，可以正式測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)。3、順序掀按琴鍵式切換開關(guān)，通過電位差計(jì)分別讀出六個(gè)熱電勢(shì)（小球?yàn)?、2、3，大球?yàn)?、5、6），在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上記錄下這六個(gè)熱電勢(shì)值，并記錄實(shí)驗(yàn)中功率表讀數(shù)或電流與電壓表讀數(shù)。4、切斷電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二空氣橫掠單管時(shí)平均對(duì)流換熱系數(shù)及準(zhǔn)則方程式測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)

16、驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)測(cè)定空氣槽掠單管時(shí)平均換熱系數(shù)的方法；2、測(cè)定空氣槽掠單管時(shí)的準(zhǔn)則方程式；3、熟悉空氣流速及管壁溫度的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、空氣槽掠單管的平均對(duì)流換熱系數(shù)的測(cè)定根據(jù)牛頓冷卻公式: (4-1)式中單管沿周平均對(duì)流換熱系數(shù)w/ m2。Q單管與空氣間的對(duì)流換熱量，它等于裝在管子上的電加熱器的功率，單位為WA單管的外表面積，m2；ADL，D為管子外徑（單位為m，可選不同D的管子實(shí)驗(yàn)），L為加熱部分的管長(zhǎng)，L=0.1m,管外壁溫度，,空氣溫度，實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)出電加熱器功率及管外壁溫度及空氣溫度即可按（41）式算出空氣槽掠單管時(shí)的平均對(duì)流換熱系數(shù)。2、空氣橫掠單管時(shí)準(zhǔn)則方程式測(cè)定根據(jù)傳熱學(xué)

17、教科書，強(qiáng)迫對(duì)流換熱準(zhǔn)則方程的一般形式為 (4-2)對(duì)本實(shí)驗(yàn)來講，流體為空氣，實(shí)驗(yàn)中空氣溫度變化不大，因此（42）中的Pr可視為一個(gè)常數(shù)，這樣（42）式變?yōu)?(4-3)經(jīng)驗(yàn)表明（43）式可以寫成指數(shù)形式，即 (4-4)實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)出常數(shù)C及指數(shù)n，就得到了空氣槽掠單管的準(zhǔn)則方程具體形式。C、n的測(cè)定方法是：對(duì)（44）式兩邊取對(duì)數(shù)，得 (4-5)（45）式在lnNu-lnRe的坐標(biāo)圖上是一條直線。該直線的斜率即為n值，截距即為lnC值，從而得以C、n值。具體做法是：實(shí)驗(yàn)中改變單管外徑D值或改變空氣流速u值，每改變一次得到一個(gè)雷諾數(shù)，同時(shí)得到一個(gè)值（按前述方法測(cè)定），可算出一個(gè)Nu值，空氣導(dǎo)熱系數(shù)

18、值實(shí)驗(yàn)中為常數(shù)）。這樣每改變一次D值或v值，就得到一組（Re、Nu），把它描在lnNulnRe圖上就得到一個(gè)點(diǎn)，改變?nèi)舾纱尉驮趫D上得到若干點(diǎn)，連接這些點(diǎn)得到一條直線，然后求出這條直線的斜率和截距就得到n、C值。C、n值的具體計(jì)算可有多種方法，本實(shí)驗(yàn)要求用最小二乘方法確定。三、實(shí)驗(yàn)裝置空氣橫掠單管對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，在風(fēng)機(jī)的抽吸下，室內(nèi)空氣經(jīng)進(jìn)風(fēng)口（可調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口面積以改變空氣流速），風(fēng)機(jī)、風(fēng)箱、有機(jī)玻璃風(fēng)道流向室內(nèi)，單管試件就安裝在有機(jī)玻璃風(fēng)道內(nèi)，這樣就造成了空氣槽掠單管的流動(dòng)。試件為一薄壁不銹鋼圓管。試件上有電加熱器對(duì)試件低電壓大電流（直流）加熱，此熱量被橫掠試件的空氣帶走。加熱段ab長(zhǎng)度

19、為L(zhǎng)=0.1m，試件外徑D對(duì)每組實(shí)驗(yàn)來講是固定不變的，但空氣流速可以通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)截面大小來調(diào)節(jié)。試件的低壓大電流由奎直流電源供緞帶。加熱功率在不同風(fēng)速下是相同的。為確定試件壁溫tw，在試件中埋有銅康銅熱電偶的測(cè)量端（熱端），熱電偶的冷端就置于空氣流中。由空氣流的溫度（就等于室溫）可從熱電偶分度表中查得值，而由電位差計(jì)可測(cè)得熱電勢(shì)值，值按下式算出：最后根據(jù)值查熱電偶分度表得到值。（因?yàn)樵嚰鼙?，僅0.20.3mm，且內(nèi)壁絕熱，故查出的溫度值就是單管外壁溫度）橫掠單管的空氣流速由畢托管和傾斜傾壓計(jì)測(cè)出。（810）dL3d畢托靜壓管ppd23p1對(duì)畢托管的全壓孔1中駐點(diǎn)（圖中2點(diǎn)，參數(shù)用下角標(biāo)“0

20、”表示）和靜壓孔（圖中3點(diǎn)）列伯努利方程（見圖42），有由于=Z，=0，故有 （式中為空氣密度）p由傾斜微壓計(jì)讀出。測(cè)量中讀出的是傾斜微壓計(jì)的傾斜管液柱長(zhǎng)H（mm）。考慮到斜管的傾斜角以及將液柱密度（傾斜微壓計(jì)中液體是煤油）折合成水柱密度等因素，讀出的H值應(yīng)當(dāng)乘以斜壓計(jì)的倍率。本實(shí)驗(yàn)中斜壓計(jì)倍率為0.2，故實(shí)際壓差高度為=0.2H。壓差（為水的密度）。這樣空氣流速計(jì)算式變?yōu)槿∷拿芏?1000，則上式最后變?yōu)?(4-6)式中,為mmH2O. 為空氣密度（由空氣溫度查表）為了使一臺(tái)電位差計(jì)能測(cè)出試件工作電壓、工作電流及熱電偶熱電勢(shì)，實(shí)驗(yàn)裝置中設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，熟悉本

21、實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置與測(cè)試儀表。2、將單管試件安裝在風(fēng)道中（每實(shí)驗(yàn)小組單管直徑不變，Re的改變通過改變進(jìn)風(fēng)口的流通面積大小實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)風(fēng)口面積改變五次，也即可調(diào)五個(gè)空氣流速）。3、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)（即接通電源），將風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口面積調(diào)節(jié)至適當(dāng)大小，待工況穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量。4、用電位差計(jì)（通過轉(zhuǎn)換開關(guān)）測(cè)出試件的電壓降（讀數(shù)為mV）。5、用電位差計(jì)（通過轉(zhuǎn)換開關(guān)）測(cè)出試件的工作電流（讀數(shù)為mV）。6、用電位差計(jì)（通過轉(zhuǎn)換開關(guān)）測(cè)出試件表面熱電偶的熱電勢(shì)單位7、讀出傾斜微壓計(jì)的斜管液面長(zhǎng)度H（mm）。8、調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積，調(diào)好后重復(fù)47的操作步驟。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源。五、最小二乘方法求C、n為書寫方便起見，令

22、（45）式中,（45）式變?yōu)?(4-7)實(shí)驗(yàn)得到N組（Re、Nu）就有N組（y、x）。將每一組y、x記為yi, xi (i=1N)設(shè)每一次實(shí)驗(yàn)得到的yi值與按算出的y值之差為在時(shí)求出的n、b值可使誤差最小。由上面二個(gè)偏導(dǎo)數(shù)等于零可得到 (4-8)因此只要算出,四個(gè)值，并代入（48）式就可解出n、b值，然后由求出C值，這樣就求出了準(zhǔn)則方程的具體形式。說明：1）由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組只測(cè)出五組（Re、Nu）數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的組數(shù)不夠，因此必需把本班另一實(shí)驗(yàn)小組的五組數(shù)據(jù)取來，然后由最小二乘方法求出C、n值。2）C、n值的參考數(shù)值為：Re=440 C=0.821 n=0.385Re=404000 C=0.6

23、15 n=0.466Re=400040000 C=0.174 n=0.618Re=40000250000 C=0.0239 n=0.805實(shí)驗(yàn)三 微元表面dA1到有限表面A2的角系數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、加深對(duì)角系數(shù)物理意義的理解，學(xué)習(xí)圖解法求角系數(shù)的原理和方法； 2、掌握角系數(shù)測(cè)量?jī)x(即機(jī)械式積分儀)的原理和使用方法； 3、用角系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)定微元表面dA1(水平放置)到有限表面A2(A2為矩形、垂直放置)的角系數(shù)。二、圖解法求角系數(shù)原理角系數(shù)是dA1發(fā)射的輻射能落到A2上的能量的份額。設(shè)dA1為黑體，則dA1發(fā)射的輻射能為dQb=dA1Eb1（Eb1為dA1的輻射力）；若落到A2上的則有

24、 （1）根據(jù)定向輻射強(qiáng)度定義，可表示為 (2)式中：Ib1dA1的定向輻射強(qiáng)度，A2上的微元面積dA2對(duì)dA1所張的立體角dA1CosdA2上所看到的發(fā)射面積(可見發(fā)射面積)dA1與dA2的連線與dA1的法線間夾角(2)式中有關(guān)符號(hào)的意義見圖1。圖解法求角系數(shù)的具體方法是：以dA1為球心，作一個(gè)半徑為R的半球面(見圖1)，再從dA1中心向dA2的周線上各點(diǎn)引直線，這些直線與球面的交點(diǎn)形成的面積記為dAs，顯然dAs對(duì)dA1所張的立體角也是，于是，可用球面上的dAs來計(jì)算，結(jié)果是代入(2)式得 （3）圖1 角系數(shù)FdA1-A2圖解原理從dA1中心到A2的周線上各點(diǎn)作直線，這些直線在球面上截出的面

25、積記為As，則有 （4） (4)式中CosdAs正好是球面上的面積dAs在水平面上投影面積dAsp，于是(4)式可改為 （5）式中：Asp為球面上面積As在水平面上投影面積。把(5)式代入(1)式可得 （6）(6)式便是圖解法求角系數(shù)的原理式。根據(jù)(6)式，圖解法求角系數(shù)時(shí)，只要以dA1為球心作一個(gè)半徑為R的半球面，再從dA1中心向A2周線上各點(diǎn)引直線，各直線在球面上截出的面積為As，最后將As投影到半球底面上得投影面積Asp，測(cè)量出Asp大小，就可按(6)式求出角系數(shù)。 上述推導(dǎo)中曾假定dA1為黑體，實(shí)際上在一定的假定條件下（6）式對(duì)灰體也成立。三、角系數(shù)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)和測(cè)角系數(shù)的原理及方法 角

26、系數(shù)測(cè)量?jī)x是根據(jù)圖解法原理測(cè)微元表面到有限表面角系數(shù)的機(jī)械式積分儀。本實(shí)驗(yàn)中用的是SM1型機(jī)械式積分儀，它的基本結(jié)構(gòu)見圖2。主要有立柱、滑桿、平行連桿、鏡筒、記錄筆、平衡塊、鏡筒上的瞄準(zhǔn)鏡、底座、方位角旋鈕、高變角旋鈕等組成。圖2 SM-1型角系數(shù)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)圖 圖3為SM-1角系數(shù)測(cè)量?jī)x示意圖。立桿1垂直于水平面MN于B點(diǎn)。立桿可繞其軸線旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)滑桿2旋轉(zhuǎn)?；瑮U2通過兩根長(zhǎng)度皆為R的平行連桿a、b保持與MN垂直。連桿a即是測(cè)量?jī)x的鏡筒，A點(diǎn)為假想的球心(dA1)。滑桿2的下部為記錄筆3。當(dāng)鏡筒上的C點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)A2周線掃瞄時(shí)，滑桿2可以旋轉(zhuǎn)和上、下移動(dòng)(對(duì)A2的水平周線部分掃瞄時(shí)，滑桿轉(zhuǎn)動(dòng)；對(duì)A

27、2的垂直周線部分掃瞄時(shí)，滑桿上、下移動(dòng)，這時(shí)山立桿、滑桿、連桿a、b組成的四邊形發(fā)塵變形，從而使記錄筆沿半徑方向移動(dòng)。)圖3 SM-1角系數(shù)測(cè)量?jī)x示意圖 測(cè)量時(shí)儀器放置見圖4。瞄準(zhǔn)鏡是dA1，A2為垂直放置的a×b的矩形面積。在測(cè)量?jī)x底座下放一張大白紙(或方格紙)，手握平衡塊使鏡筒放到水平位置（即將連桿放到最低位置），然后手握平衡塊使立柱旋轉(zhuǎn)，這時(shí)記錄筆在白紙上黑出一個(gè)半徑為R的圓。再手握平衡塊，通過瞄準(zhǔn)鏡瞄準(zhǔn)A2的周線掃瞄一周(瞄準(zhǔn)時(shí)瞄準(zhǔn)鏡圓孔中心、十字中心與A2周線上的點(diǎn)要連成一線)，這時(shí)記錄筆在白紙上畫出的面積就是Asp，測(cè)量出Asp和圓的面積，兩者之比就是角系數(shù)FdA1-A2

28、(對(duì)A2周線掃瞄時(shí)，也可通過調(diào)整方位角和高度角進(jìn)行)。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、將測(cè)量?jī)x蓋板卸下，并水平地放在桌面上，放置時(shí)要把有定位銅圈的一面朝上。在蓋板上貼上白紙，注意在蓋板的定位銅圈處白紙要開一小孔以使定位銅圈露出。 2、將測(cè)量?jī)x放在蓋板上，這時(shí)要使測(cè)量?jī)x底坐上的孔對(duì)準(zhǔn)蓋板上的定位銅圈。 3、將儀器箱體靠蓋板垂直放置(注意蓋板上的箭頭與箱體上箭頭對(duì)準(zhǔn))。這時(shí)箱體上的a×b的矩形就是A2。 4、將鏡筒放到水平位置(即連桿放到最低位置)，鎖緊連桿，放下記錄筆，旋轉(zhuǎn)立桿(通過平衡塊來旋轉(zhuǎn))，使記錄筆在白紙上畫出半徑為R的圓。 5、將記錄筆抬起，放松鎖緊旋鈕，調(diào)整方位角和高低角，瞄準(zhǔn)A2的周線

29、進(jìn)行掃瞄操作練習(xí)(掃瞄練習(xí)也可不通過調(diào)整方位角，高低角進(jìn)行，而是直接手握平衡塊進(jìn)行)，練習(xí)到描瞄動(dòng)作熟練、準(zhǔn)確時(shí)方可正式測(cè)定。 6、放下記錄筆，細(xì)心地掃描A2的周線一圈，記錄筆這時(shí)在白紙上畫出的面積即是Asp。 7、用求積儀測(cè)出Asp面積大小，并測(cè)量白紙上圓的半徑R的尺寸，然后按系數(shù)。注意，對(duì)同一個(gè)A2一般要測(cè)量若干次，以求得平均角系數(shù)。8、測(cè)量A2的尺寸a、b及圖4中的尺寸C，按下列理論公式計(jì)算出角系數(shù)，并與測(cè)量的角系數(shù)值進(jìn)行比較。五、注意事項(xiàng) 1、鎖緊旋鈕通常應(yīng)處于放松狀態(tài)，當(dāng)鎖緊旋鈕處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，不得改變儀器的高度角，否則將損壞齒輪。2、每次描瞄結(jié)束時(shí)應(yīng)立即抬起記錄筆，以免弄臟記錄紙。

30、圖4 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)儀器放置構(gòu)圖Thermodynamics and Heat transfer Experiment Report熱 工 基 礎(chǔ) 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告(Belong to Pyrology Staff Room)Speciality_Class _Order number_Name _ 實(shí)驗(yàn)一 粉末或散裝材料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告.To record the measuring data.（測(cè)量數(shù)據(jù)記錄）1. the thermo emf of the thermo couple（熱電偶熱電勢(shì)）The outer wall surface of the small ball小球外壁面Th

31、e measuring point of the thermo couple 熱電偶測(cè)點(diǎn)123The mean value平均值The thermo emf (mV)熱電勢(shì)(mV)The inner wall surface of the big ball大球內(nèi)壁面The measuring point of the thermo couple熱電偶測(cè)點(diǎn)456The mean value平均值The thermo emf (mV)熱電勢(shì)(mV)2.the power of the electric heater (it is the heat transfer quantity)電加熱器功率（

32、亦即傳熱量）the current （電流）： （A）the voltage（電壓降）： （V）3.the material of the experiment（實(shí)驗(yàn)材料）：. Data reduction（數(shù)據(jù)整理）= oCThe temperature of the outer wall of the small ball （小球外壁溫度）：= oCThe temperature of the inner wall of the big ball （大球內(nèi)壁溫度）：The heat transfer quantity（傳熱量）： w. The result of the experimen

33、t（計(jì)算結(jié)果） 2. when compare it with the theoretical value, the comparing result is: 與 理 論 值 相 比 較 結(jié) 果 是：實(shí)驗(yàn)二 空氣橫掠單管時(shí)平均對(duì)流換熱系數(shù)及準(zhǔn)則方程式測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告.To record the measuring data.（測(cè)量數(shù)據(jù)記錄）1.the size of the model：（試件尺寸）the outer diameter（外徑）： D = m, the effective length（有效長(zhǎng)度）： L= 0.1m.the area of dissipation （散熱面積）： m2

34、.2.the atmospheric temperature （大氣溫度）： oC, the corresponding thermo emf（大氣溫度對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)）：= mV,the atmosphere density (we refer to the table from ).大氣密度（用查表得） kg/m3.3.the measured value in every operation condition.（各工況實(shí)測(cè)數(shù)值）工況斜壓計(jì)讀H(mm)測(cè)工作電壓時(shí)電位差計(jì)讀數(shù)V(mV)測(cè)工作電流時(shí)電位差計(jì)讀數(shù)A(mV)過余溫差熱電勢(shì)E(mV)12345. Data reduction（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

35、整理）The operation condition （工況）12345The air current kinetic pressure h=0.2H (mmH2O)（ 氣 流 動(dòng) 壓 ）The velocity of the air current (m/s)（ 氣 流 速 度 ）The heating quantity Q加熱量Q工作電流I=電位差計(jì)讀數(shù)(mV)×2(A)工作電壓V=電位差計(jì)讀數(shù)(mV) ×0.201(V)Q=IV(W)The wall teMperature of the model試件溫度(mV)(oC)The qualitative tempera

36、ture （ 定 性 溫 度 ）導(dǎo)熱系數(shù)（用tm查表得）(w/moC)The kinematic viscosity 運(yùn)動(dòng)黏度（用tm查表得）(m2/s)The heat transfer coefficient （ 換 熱 系 數(shù) ）(w/m2oC) Nu number 努謝爾特?cái)?shù)Reynolds number 雷諾數(shù)1=2=3=4=5=1=2=3=4=5= ; ; ; ; . The result of the experiment（實(shí)驗(yàn)結(jié)果）1.from：（根據(jù)）we get （解出得） ()2. we get the guideline equation is（得出的準(zhǔn)則方程是）： 注

37、：1）計(jì)算時(shí)本小組有5種工況，將本班另一小組5種工況的x，Y值求和，故上述求和i=110.The other five group data from other groups本班另一實(shí)驗(yàn)小組5種工況的x，Y值2). The reference numbers of C, n are（不同雷諾數(shù)范圍的C, n參考值）Re=440 C=0.821 n=0.385Re=404000 C=0.615 n=0.466Re=400040000 C=0.174 n=0.618Re=40000250000 C=0.0239 n=0.805實(shí)驗(yàn)三 微圓表面dA1到有限表面A2的角系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告.To rec

38、ord the measuring data.（測(cè)量數(shù)據(jù)記錄）1.the data of measuring the angle factor （測(cè)量角系數(shù)時(shí)數(shù)據(jù)）：The area Asp which is measured by the planimeter 求積儀測(cè)出的面積Asp(mm2)The 1st第一次The 2nd第二次The 3rd第三次The mean value平均值The radius R of the circle in the white paper (mm)測(cè)量白紙上圓的半徑R(mm)2.the data of calculating the angle factor（計(jì)算角系數(shù)時(shí)數(shù)據(jù)）：（實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書圖中a、b、c尺寸）：= mm； = mm, = mm.= ; = . Data reduction and the result of the experiment（數(shù)據(jù)整理及結(jié)果）1. = ；2.= ；