工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(guo)

1、重慶科技學(xué)院工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書熱能與動(dòng)力工程教學(xué)示范中心二八年九月目錄實(shí)驗(yàn)一氣體定壓比熱容測(cè)定實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)二 二氧化碳p-v-t關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn) 8實(shí)驗(yàn)三飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)四 噴管實(shí)驗(yàn) 18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?了解氣體比熱測(cè)定裝置的基本原理和構(gòu)思。2熟悉本實(shí)驗(yàn)中測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)熱、測(cè)流量的方法。3掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和比熱公式的方法。4分析本實(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)原理引用熱力學(xué)第一定律解析式，對(duì)可逆過程有： 和 （1）定壓時(shí)（2）此式直接由的定義導(dǎo)出，故適用于一切工質(zhì)。在沒有對(duì)外界作功的氣體的等壓流動(dòng)過程中： （3）則氣體的定壓

2、比熱容可以表示為： kJ/kg（4）式中：氣體的質(zhì)量流量，kg/s；氣體在等壓流動(dòng)過程中的吸熱量，kJ/s。由于氣體的實(shí)際定壓比熱是隨溫度的升高而增大，它是溫度的復(fù)雜函數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，理想氣體的比熱與溫度之間的函數(shù)關(guān)系甚為復(fù)雜，但總可表達(dá)為：（5）式中、等是與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。例如空氣的定壓比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式：kJ/kgK式中：絕對(duì)溫度，K。該式適用于250600K，平均偏差為0.03%，最大偏差為0.28%。由于比熱隨溫度的升高而增大，所以在給出比熱的數(shù)值時(shí)，必須同時(shí)指明是那個(gè)溫度下的比熱。根據(jù)定壓比熱的定義，氣體在時(shí)的定壓比熱等于氣體自溫度升高到時(shí)所需熱量除以，即：當(dāng)溫度間隔為無限小時(shí)，即

3、為某一溫度時(shí)氣體的真實(shí)比熱。如果已得出的函數(shù)關(guān)系，溫度由至的過程中所需要的熱量即可按下式求得：用逐項(xiàng)積分來求熱量十分繁復(fù)。但在離開室溫不很遠(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)為是線形的，即可近似表示為：（6）則溫度由至的過程中所需要的熱量可表示為：（7）由加熱到的平均定壓比熱容則可表示為： （8）大氣是含有水蒸氣的濕空氣。當(dāng)濕空氣氣流由溫度加熱到時(shí)，其中水蒸氣的吸熱量可用式（8）計(jì)算，其中，則水蒸氣的吸熱量為： = kJ/s （9）式中：氣流中水蒸氣質(zhì)量，kg/s。則干空氣的平均定壓比熱容由下式確定：（10）式中：為濕空氣氣流的吸熱量。儀器中加熱氣流的熱量（例如用電加熱器加熱）

4、，不可避免地因熱輻射而有一部分散失于環(huán)境。這項(xiàng)散熱量的大小決定于儀器的溫度狀況。只要加熱器的溫度狀況相同，散熱量也相同。因此，在保持氣流加熱前的溫度仍為和加熱后溫度仍為的條件下，當(dāng)采用不同的質(zhì)量流量和加熱量進(jìn)行重復(fù)測(cè)定時(shí)，每次的散熱量當(dāng)是一樣的。于是，可在測(cè)定結(jié)果中消除這項(xiàng)散熱量的影響。設(shè)兩次測(cè)定時(shí)的氣體質(zhì)量流量分別為和，加熱器的加熱量分別為和，輻射散熱量為，則達(dá)到穩(wěn)定狀況后可以得到如下的熱平衡關(guān)系兩式相減消去項(xiàng)，得到kJ/kg（11）三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖1-1測(cè)定空氣定壓比熱容的實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)1-節(jié)流閥；2-流量計(jì)；3-比熱儀本體；4-瓦特表；5-調(diào)壓變壓器；6-穩(wěn)壓器；7-風(fēng)機(jī)實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備和儀器

5、儀表由風(fēng)機(jī)、流量計(jì)，比熱儀本體、電工率調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)共四部分組成，實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)如圖1-1所示。圖1-2 比熱容測(cè)定儀結(jié)構(gòu)原理圖1-進(jìn)口溫度計(jì)；2-多層杜瓦瓶；3-電加熱器；4-均流網(wǎng)；5-絕緣墊；6-旋流片；7-混流網(wǎng)；8-出口溫度計(jì)裝置中采用濕式流量計(jì)測(cè)定氣流流量。流量計(jì)出口的恒溫槽2用以控制測(cè)定儀器出口氣流的溫度。裝置可以采用小型單級(jí)壓縮機(jī)或其它設(shè)備作為氣源設(shè)備，并用鐘罩型氣罐5維持供氣壓力穩(wěn)定。氣流流量用調(diào)節(jié)閥3調(diào)整。比熱容測(cè)定儀本體（圖1-2）由內(nèi)壁鍍銀的多層杜瓦瓶2、進(jìn)口溫度計(jì)1和出口溫度計(jì)8（鉑電阻溫度計(jì)或精度較高的水銀溫度計(jì)）電加熱器3和均流網(wǎng)4，絕緣墊5，旋流片6和混流網(wǎng)7組成。

6、氣體自進(jìn)口管引入，進(jìn)口溫度計(jì)4測(cè)量其初始溫度，離開電加熱器的氣體經(jīng)均流網(wǎng)4均流均溫，出口溫度計(jì)8測(cè)量加熱終了溫度，后被引出。該比熱儀可測(cè)300以下氣體的定壓比熱。四、實(shí)驗(yàn)步驟1接通電源及測(cè)量儀表，選擇所需的出口溫度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹槽中。2取下流量計(jì)上的溫度計(jì)，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)出流量計(jì)出口空氣的干球溫度和濕球溫度。3將溫度計(jì)插回流量計(jì)，重新調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近，逐漸提高電壓，使出口溫度計(jì)讀數(shù)升高到預(yù)計(jì)溫度。（可根據(jù)下式預(yù)先估計(jì)所需電功率：,式中：為電功率（W），為進(jìn)出口溫差（），為每流過10升空氣所需的時(shí)間（s）。4待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘之

7、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)：10升氣體通過流量計(jì)所需時(shí)間（s）；比熱儀進(jìn)口溫度（）；出口溫度（）；大氣壓力計(jì)讀數(shù)（kPa），流量計(jì)中氣體表壓（mmH2O）；電熱器的功率（W）。5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（g/kg干空氣）。6每小時(shí)通過實(shí)驗(yàn)裝置空氣流量：（m3/h） （12）式中：每10升空氣流過所需時(shí)間，s；干空氣質(zhì)量流量的計(jì)算式： kg/h （13）7水蒸氣的流量：水蒸氣質(zhì)量流量的計(jì)算式： kg/h （14）五、數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)定干空氣的質(zhì)量流量、水蒸氣的質(zhì)量流量、電加熱

8、器的加熱量（即氣流吸熱量）和氣流溫度等數(shù)據(jù)，測(cè)定方法如下：1干空氣的質(zhì)量流量和水蒸氣的質(zhì)量流量 電加熱器不投入，摘下流量計(jì)出口與恒溫槽連接的橡皮管，把氣流流量調(diào)節(jié)到實(shí)驗(yàn)流量值附近，測(cè)定流量計(jì)出口的氣流溫度（由流量計(jì)上的溫度計(jì)測(cè)量）和相對(duì)濕度。根據(jù)與值由濕空氣的焓-濕圖確定含濕量g/kg，并計(jì)算出水蒸氣的容積成分（15）于是，氣流中水蒸氣的分壓力為 N/m2 （16）式中：流量計(jì)中濕空氣的絕對(duì)壓力（Pa）：（17）式中：當(dāng)?shù)卮髿鈮?，kPa；由數(shù)字式壓力計(jì)讀出。流量計(jì)上壓力表（U型管）讀數(shù)，mmH2O柱；接上橡皮管，開始加熱。當(dāng)實(shí)驗(yàn)工況穩(wěn)定后測(cè)定流量計(jì)每通過（m3）（例如0.01m3）氣體所花的時(shí)

9、間（s），以及其它數(shù)據(jù)。水蒸氣的質(zhì)量流量計(jì)算如下： kg/s（18）式中：水蒸氣的氣體常數(shù)： J/（kgK） （19）絕對(duì)溫度，K。干空氣的質(zhì)量流量計(jì)算如下： kg/s （20）干空氣的氣體常數(shù)： J/（kgK） 2電加熱器的加熱量電熱器消耗功率可由瓦特表讀出：瓦特表讀書方法見瓦特表說明書 （kJ/h） （21）式中：瓦特表讀數(shù)，W； 3氣流溫度 氣流在加熱前的溫度和加熱后的溫度由比熱容測(cè)定儀上的溫度計(jì)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)選定的氣流初始溫度和加熱溫度的變化范圍及變化間隔，用恒溫槽調(diào)節(jié)，由電加熱器調(diào)節(jié)。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1電熱器不應(yīng)在無氣流通過情況下投入工作，以免引起局部過熱而損害比熱儀本體。2輸入

10、電熱器電壓不得超過220伏，氣體出口溫度最高不得超過300。3加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止溫度計(jì)比熱儀本體因溫度驟然變化和受熱不均勻而破裂。4停止實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先切斷電熱器電源，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行15分鐘左右（溫度較低時(shí)，時(shí)間可適當(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)。實(shí)驗(yàn)二 二氧化碳p-v-t關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2增加對(duì)課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。3掌握CO2的p-v-t關(guān)系的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。4學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)，恒溫器等熱工儀器的正確

11、使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 測(cè)定CO2的p-v-t關(guān)系。在p-v坐標(biāo)系中繪出低于臨界溫度（t=20）、臨界溫度（t=31.1）和高于臨界溫度（t=50）的三條等溫曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線及理論計(jì)算值相比較，并分析其差異原因。2測(cè)定CO2在低于臨界溫度（t=20、27）飽和溫度和飽和壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與圖四中的ts-ps曲線比較。3觀測(cè)臨界狀態(tài)（1）臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。（2）氣液整體相變現(xiàn)象。（3）測(cè)定CO2的pc、vc、tc等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得的vc值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡(jiǎn)述其差異原因。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理實(shí)驗(yàn)裝置由壓力計(jì)、恒溫水浴和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)

12、罩等三大部分組成（如圖2-1所示）。圖2-1 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖圖2-2 試驗(yàn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖試驗(yàn)臺(tái)本體如圖2-2所示。其中：高壓主容器管內(nèi)充CO2；玻璃杯盛滿水銀；壓力油用來傳遞由壓力機(jī)施加的壓力；水銀是用來把壓力施加給主容器管內(nèi)CO2，并起到封閉CO2不外泄的作用；密封填料起到組合件之間壓力封閉作用；填料壓蓋其密封緊固作用；恒溫水套用來給CO2恒溫；溫度計(jì)用來控制恒溫水套中的水溫。對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)p、v、t之間有：F(p,v,t)=0或t=f(p,v) (1)本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)式(1)，采用定溫方法來測(cè)定CO2的p-v-t，從而找出CO2的p-v-t關(guān)系。實(shí)驗(yàn)

13、中，壓力計(jì)油缸送來的壓力由壓力油傳入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管容器，CO2被壓縮，其壓力大小通過壓力計(jì)上的活塞桿的進(jìn)、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫水浴供給的水套內(nèi)的水溫來調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力值，由裝在壓力計(jì)上的壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中的溫度傳感器及數(shù)顯溫度表讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來測(cè)量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來換算得出。四、實(shí)驗(yàn)步驟1按圖1裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開啟實(shí)驗(yàn)本體上的日光燈（目的是易于觀察）。2恒溫水浴準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié)：（1）把水注入恒溫器內(nèi)，至離蓋3050mm。檢查并接通電路，啟動(dòng)水泵，使水循環(huán)對(duì)流。（2

14、）設(shè)置數(shù)字調(diào)節(jié)器，把溫度調(diào)節(jié)儀調(diào)節(jié)至所需溫度。（3）視水溫、環(huán)境情況，調(diào)節(jié)設(shè)定溫度。（4）觀察溫度，其讀數(shù)的溫度點(diǎn)溫度設(shè)定的溫度一致時(shí)（或基本一致），則可（近似）認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度處于設(shè)定的溫度。（5）當(dāng)所需要改變實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，重復(fù)（2）（4）即可。(當(dāng)初使水溫高于實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度時(shí)，應(yīng)加冰塊進(jìn)行調(diào)節(jié)。)3加壓前的準(zhǔn)備：因?yàn)閴毫τ?jì)的油缸容量比容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器管充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力計(jì)抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會(huì)損壞試驗(yàn)設(shè)備。所以，務(wù)必認(rèn)真掌握，其步驟如下：（1）關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開啟壓力計(jì)油杯上

15、的進(jìn)油閥。（2）搖退壓力臺(tái)上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時(shí)，壓力計(jì)油缸中抽滿了油。（3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門。（4）搖進(jìn)活塞螺桿，使本體充油。如此交替重復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。（5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4作好實(shí)驗(yàn)的原始記錄：（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表名稱、型號(hào)、規(guī)格、量程等。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓等實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)。（3）測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)CO2質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中采用間接辦法來確定CO2的比容，認(rèn)為CO2的比容與其高度是一種線性關(guān)系。

16、具體方法如下：a）已知CO2液體在20，9.8MPa時(shí)的比容（20，9.8Mpa）=0.00117M3·。b）實(shí)際測(cè)定實(shí)驗(yàn)在20，9.8Mpa時(shí)的CO2液柱高度h0（m）。* 注意玻璃管水套上刻度的標(biāo)記方法。c） （m3/kg）式中，h=h-h0 h任意溫度、壓力下水銀柱高度。 h0承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。5測(cè)定低于臨界溫度t=20時(shí)的等溫線。（1）將恒溫器調(diào)定在t=20，并保持恒溫。（2）壓力從4.41Mpa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱升起來后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證等溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值，直至壓力p=9.8MPa。（4）注意加

17、壓后CO2的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表1。（5）測(cè)定t=25、27時(shí)其飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。6測(cè)定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。（1）按上述方法和步驟測(cè)出臨界等溫線，并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力pc和臨界比容c，并將數(shù)據(jù)填入表1。（2）觀察臨界現(xiàn)象。a）整體相變現(xiàn)象由于在臨界點(diǎn)時(shí)，汽化潛熱等于零，飽和蒸汽線和飽和液體線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)汽-液的相互轉(zhuǎn)變不是象臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為漸變過程，而這時(shí)當(dāng)壓力稍在變化時(shí)，汽-液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。b）汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象處于臨

18、界點(diǎn)的CO2具有共同參數(shù)（p,v,t），因而不能區(qū)別此時(shí)CO2是氣態(tài)還是液態(tài)。下面就來用實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進(jìn)行，使CO2壓縮或膨脹，那么，管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在，我們按絕熱過程來進(jìn)行。首先在壓力等于7.64Mpa附近，突然降壓CO2狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)明顯的液面。這就是說，如果這時(shí)管內(nèi)的CO2是氣體的話，那么，這種氣體離液區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮CO2時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了。這就告訴我們，這時(shí)CO2液體離氣區(qū)也是非常接近的，可以說是接近氣態(tài)的液體。此時(shí)的CO2既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以

19、能處于臨界點(diǎn)附近。7、測(cè)定高于臨界溫度t=50時(shí)的定溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析1、按表1的數(shù)據(jù)，如圖2-3在p-v坐標(biāo)系中畫出三條等溫線。2、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得得等溫線與圖2-3所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較，并分析它們之間的差異及原因。3、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度與壓力的對(duì)應(yīng)值與圖2-4給出的ts-ps曲線相比較。表1 CO2等溫實(shí)驗(yàn)原始記錄t=20t=31.1（臨界）t=50p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象進(jìn)行等溫線實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間 分鐘分鐘分鐘 圖2-3 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖2-4 ts-ps曲線4、將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界比容c與理論計(jì)算值一并填入表2

20、，并分析它們之間的差異及其原因。表2 臨界比容Vcm3/Kg標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)驗(yàn)值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.00216實(shí)驗(yàn)三 飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過觀察飽和蒸汽壓力和溫度變化的關(guān)系，加深對(duì)飽和狀態(tài)的理解。2通過對(duì)實(shí)驗(yàn)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。4能觀察到小容積和金屬表面很光滑（汽化核心很?。┑娘枒B(tài)沸騰現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖3-1實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖1、排氣閥 2、可視玻璃及蒸汽發(fā)生器三、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調(diào)節(jié)電

21、功率調(diào)節(jié)器，并緩慢逐漸加大電流，待蒸汽壓力升至一定值時(shí)，將電流降低0.6安培左右保溫，待工況穩(wěn)定后迅速記錄下水蒸氣的壓力和溫度。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，在01.0Ma（表壓）范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)不少于6次，且實(shí)驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)盡量分布均勻。4實(shí)驗(yàn)完畢后，將調(diào)壓指針旋回零位，并斷開電源。5記錄室溫和大氣壓力。四、數(shù)據(jù)記錄和整理1記錄和計(jì)算實(shí)驗(yàn)次數(shù)飽和壓力Ma飽和溫度誤差備注壓力表讀值 P大氣壓力 B絕對(duì)壓力 P=P+B溫度計(jì)讀值 t理論值t %1234562繪制Pt關(guān)系曲線如圖3-2，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果點(diǎn)在坐標(biāo)上，清除偏離點(diǎn)，繪制曲線。圖3-2 飽和水蒸氣壓力和溫度的關(guān)系曲線3總結(jié)經(jīng)驗(yàn)公式將實(shí)驗(yàn)曲線繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，則基本呈一直

22、線，故飽和水蒸氣壓力和溫度的關(guān)系可近似整理成下列經(jīng)驗(yàn)公式：圖3-3飽和水蒸氣壓力和溫度的關(guān)系對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線4誤差分析通過比較發(fā)現(xiàn)測(cè)量比標(biāo)準(zhǔn)值低1%左右，引起誤差的原因可能有以下幾個(gè)方面：（1）讀數(shù)誤差。（2）測(cè)量儀表精度引起的誤差。（3）利用測(cè)量管測(cè)溫所引起的誤差。五、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)裝置通電后必須有專人看管。2實(shí)驗(yàn)裝置使用壓力為1.0Ma（表壓），切不可超壓操作。實(shí)驗(yàn)四 噴管實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證并進(jìn)一步加深對(duì)噴管內(nèi)氣流基本規(guī)律的理解，牢固樹立臨界壓力、臨界流速和最大流量等噴管臨界參數(shù)的概念。2掌握氣流在噴管中流速、流量、壓力變化的規(guī)律及測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 噴管中氣流的基本規(guī)律（1）由能

23、量方程可得： (1)可見，當(dāng)氣體流經(jīng)噴管速度增加時(shí)，壓力必然下降。（2）由連續(xù)性方程及過程方程得：(2)顯然，當(dāng)來流速度時(shí)，噴管應(yīng)為漸縮型；當(dāng)來流速度時(shí)，噴管應(yīng)為漸擴(kuò)型。（3）當(dāng)漸縮噴管出口處氣流速度達(dá)到音速，或縮放噴管喉部氣流速度達(dá)到音速時(shí)，通過噴管的氣體流量便達(dá)到了最大值（），或稱為臨界流量?？捎上率酱_定： (3)式中：最小截面積（對(duì)于漸縮噴管即為出口處的流道截面積；對(duì)于縮放噴管即為喉部處的流道截面積。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的噴管最小截面積為：12.56 mm2）。2氣體在不同類型噴管中的流動(dòng)（1）漸縮噴管漸縮噴管因受幾何條件的限制，由式（2）可知：氣體流速只能等于或低于音速（）；出口截面的壓力只能高于

24、或等于臨界壓力（）；通過噴管的流量只能等于或小于最大流量（）。根據(jù)不同的背壓（），漸縮噴管可分為三種工況，如圖4-1所示：圖4-1漸縮噴管壓力分布曲線及流量曲線A亞臨界工況（），此時(shí)m<B臨界工況（），此時(shí) m=C超臨界工況（），此時(shí) m=（2）縮放噴管縮放管的喉部，因此氣流可以達(dá)到音速（）；擴(kuò)大段（），出口截面的流速可超音速(),其壓力可大于臨界壓力（），但因喉部幾何尺寸的限制，其流量的最大值仍為最大流量（），氣流在擴(kuò)大段能做完全膨脹，這時(shí)出口截面出的壓力成為設(shè)計(jì)壓力（）?？s放噴管隨工作背壓不同，亦可分為三種情況，見圖4-2：圖4-2減縮噴管壓力分布曲線及流量曲線A被壓等于設(shè)計(jì)被壓（）

25、時(shí)，稱為設(shè)計(jì)工況。此時(shí)氣流在噴管中能完全膨脹，出口截面的壓力與被壓相等（），見圖五中的曲線A。在噴管喉部，壓力達(dá)到臨界壓力，速度達(dá)到音速。在擴(kuò)大段轉(zhuǎn)入超音速流動(dòng)，流量達(dá)到最大流量。B被壓低于設(shè)計(jì)被壓（）時(shí)，氣流在噴管內(nèi)仍按曲線A那樣膨脹到設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)氣流一離開出口截面便與周圍介質(zhì)匯合，其壓力立即降至實(shí)際被壓值，如圖五曲線B所示，流量仍為最大流量。C被壓高于設(shè)計(jì)被壓（）時(shí)，氣流在噴管內(nèi)膨脹過渡，其壓力低于被壓，以至于氣流在未達(dá)到出口截面處便被壓縮，導(dǎo)致壓力突然升躍（即產(chǎn)生激波），在出口截面處，其壓力達(dá)到被壓。如圖五中的曲線C所示。激波產(chǎn)生的位置隨著背壓的升高而向噴管入口方向移動(dòng)，激波在未達(dá)到喉部

26、之前，其喉部的壓力仍保持臨界壓力，流量仍為最大流量。當(dāng)背壓升高到某一值時(shí)，將脫離臨界狀態(tài)，縮放管便與文丘里管的特性相同了，其流量低于最大流量。三、實(shí)驗(yàn)裝置整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、真空泵。實(shí)驗(yàn)臺(tái)由進(jìn)氣管、孔板流量計(jì)、噴管、測(cè)壓探針真空表及其移動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)閥、真空罐等幾部分組成，見圖43。圖43噴管實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成簡(jiǎn)圖1.進(jìn)氣管 2. 空氣吸氣口 3. 孔板流量計(jì) 4. U形管壓差計(jì) 5. 噴管 6.三輪支架7. 測(cè)壓探壓針 8.可移動(dòng)真空表 9. 手輪螺桿機(jī)構(gòu) 10. 背壓真空表 11. 背壓用調(diào)節(jié)閥12. 真空罐13. 軟管接頭四、操作步驟1裝上所需的噴管，調(diào)好“位移坐標(biāo)板”的基準(zhǔn)位置。2打開罐前的調(diào)節(jié)閥，將真空泵的飛輪盤車一至二圈。一切正常后，全開罐后調(diào)節(jié)閥，打開冷卻水閥門。而后啟動(dòng)真空泵。3測(cè)量軸向壓力分布：（1）用罐前調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)背壓至一定值（見真空表讀數(shù)），并記錄下該值。（2）啟動(dòng)位