《熱工根底》課程課程編號(hào)：438121物理與信息工程系前 言試驗(yàn)總體目標(biāo): 把握熱工根本學(xué)問(wèn)、熱工試驗(yàn)方法和熱工試驗(yàn)技能適用專業(yè)年級(jí): 熱能與動(dòng)力工程；第三學(xué)期、第四學(xué)期試驗(yàn)課時(shí)安排: 36學(xué)時(shí)序號(hào)試驗(yàn)工程要求類型每組試驗(yàn)1 常用熱工儀表的使用必驗(yàn)證人數(shù)2學(xué)時(shí)22 空氣定壓比熱測(cè)定試驗(yàn)必驗(yàn)證223 二氮化碳PVT關(guān)系爭(zhēng)論試驗(yàn)必驗(yàn)證224 噴管特性試驗(yàn)必綜合245 雷諾和伯努利方程綜合試驗(yàn)必驗(yàn)證226 孔口與管嘴流量系數(shù)試驗(yàn)必綜合227 文丘里流量計(jì)及孔板流量計(jì)測(cè)定試驗(yàn)必綜合228 穩(wěn)態(tài)法導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)必爭(zhēng)論229 恒熱流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定材料熱物性必爭(zhēng)論2210 中溫法向輻射時(shí)物體黑度測(cè)定試驗(yàn)必綜合2211 空氣橫掠圓柱體時(shí)局部換熱系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)必爭(zhēng)論2413 換熱器綜合試驗(yàn)必綜合2414 熱電偶校驗(yàn)必爭(zhēng)論2415 畢托管測(cè)速試驗(yàn)必綜合225雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)A雷諾試驗(yàn)1、觀看流體在不同流淌狀態(tài)時(shí)流淌質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、觀看流體由層流變?yōu)槲闪骷坝晌闪髯優(yōu)閷恿鞯倪^(guò)渡過(guò)程。3、測(cè)定液體〔水〕在圓管中流淌的臨界雷諾數(shù)即下臨界雷諾數(shù)，學(xué)會(huì)其測(cè)定的方法。二、試驗(yàn)設(shè)備及要求本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)臺(tái)。5-1所示。顏色罐恒定水箱恒定水箱測(cè)壓板調(diào)整器放氣閥佰努力管調(diào)整閥雷諾管供水調(diào)整閥水箱及水泵回水管1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)裝置示意圖三、試驗(yàn)原理保持水箱的水位恒定，即水頭H不變。假設(shè)管路中出水閥門開啟較小，在管路中就有穩(wěn)定的平均流速V一條紅色直線，其流體質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有垂直于主流方向的橫向運(yùn)動(dòng)，紅色直線沒(méi)有與四周的液體混雜，象，液體的流淌呈臨界狀態(tài)。假設(shè)將出水閥門連續(xù)開大，消滅流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，使紅色線完全集中與自來(lái)水混合，此時(shí)流體的流淌狀態(tài)為紊流運(yùn)動(dòng)。雷諾數(shù)就是表征流體流淌特性的一個(gè)重要參數(shù)。用 Re表示，有：ReVd/ 〔5-1〕式中，Vdd=27mm；為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)。其中，流速V有： VQ/A 〔5-2〕式中，Q為流量；A為管路的橫截面積，有Ad2/4。流量Q用體積法可測(cè)出，即在Δt時(shí)間內(nèi)流入量筒中流體的體積V。QV/t 〔5-3〕四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、試驗(yàn)前的預(yù)備翻開進(jìn)水閥門后，啟動(dòng)水泵，向恒水位水箱加水。在水箱的水位到達(dá)溢流水平，并保持肯定的溢流。測(cè)量流體溫度。2、測(cè)定臨界雷諾數(shù)Recr將試驗(yàn)管中的水流調(diào)到較小的流速，將一般鋼筆水倒進(jìn)顏色水盒。開啟下部小閥門，動(dòng)，顏色水沒(méi)有與四周的液體混雜，而是層次清楚的向前流淌。此時(shí)的流體即為層流〔假設(shè)看不到這種現(xiàn)象，可再認(rèn)真調(diào)整上水閥門和尾部閥門，知道看到有色直線為止〕緩慢地漸漸開大出水閥門，可觀看到有色流線開頭消滅脈動(dòng)，但流體質(zhì)點(diǎn)還沒(méi)有到達(dá)相互交換的程度，即象征為流體流淌狀態(tài)開頭轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài)〔上臨界點(diǎn)，此時(shí)的流速即為上臨界流速。連續(xù)開大閥門，會(huì)消滅流體質(zhì)點(diǎn)的橫向脈動(dòng)，色線與水全部混合，此時(shí)流態(tài)為湍流。度時(shí)，可看到試驗(yàn)管中色液出口處開頭有有色脈動(dòng)流線消滅，但還沒(méi)有到達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鞯臓顟B(tài)，此時(shí)，即象征為湍流裝變?yōu)閷恿鞯呐R界狀態(tài)〔下臨界點(diǎn)。連續(xù)關(guān)小閥門，試驗(yàn)管中會(huì)再次消滅細(xì)直色線，流體流態(tài)變?yōu)閷恿鳌y(cè)定此時(shí)的流量，用記錄水箱測(cè)量出水流的流量體積。重復(fù)三次，即可算出下臨界雷諾數(shù)。將測(cè)試結(jié)果記入試驗(yàn)記錄表中。五、記錄與計(jì)算表5-1測(cè)試結(jié)果記錄表次數(shù)次數(shù)V〔m3〕tsQ(m3/s)V(m/s)Recr123水溫= ℃； 運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)= m2/s；〔查表見附表1〕六、思考題1、試驗(yàn)時(shí)為什么要保持溢流狀態(tài)？2、比較實(shí)測(cè)的臨界雷諾數(shù)和工程上采的臨界雷諾數(shù)，分析誤差緣由。七、留意事項(xiàng)1、操作過(guò)程需要認(rèn)真認(rèn)真，試驗(yàn)時(shí)需要相互協(xié)作，分工合作，觀看與記錄試驗(yàn)過(guò)程。2、試驗(yàn)時(shí)要保持溢流狀態(tài)。一、試驗(yàn)?zāi)康?、觀看流體流經(jīng)試驗(yàn)管的能量轉(zhuǎn)化狀況，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)展分析，加深對(duì)能量方程的理解。2、驗(yàn)證靜壓原理。3、把握一種測(cè)量流體流速的方法。二、試驗(yàn)設(shè)備及要求本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：LBZ-1雷偌和伯努利方程綜合試驗(yàn)臺(tái)。5-1所示。三、試驗(yàn)原理與步驟1、驗(yàn)證靜壓原理的位勢(shì)能和壓力勢(shì)能之和保持不變，測(cè)點(diǎn)的高度和測(cè)點(diǎn)的前后位置無(wú)關(guān)。2、伯努利方程實(shí)際流體都是有粘性的，在流淌過(guò)程中由于磨擦而造成能量損失，能量方程變?yōu)椋簆 2 p 2Z11 Z 22

〔5-6〕1 r 2g 2 r 2g L其中能量損失hL

是由沿程損失hf

和局部損失hm

兩局部組成。3、觀看和計(jì)算流體流經(jīng)試驗(yàn)管中能量損失的狀況過(guò)水?dāng)嗝娴哪芰坑晌荒堋耗?、?dòng)能三局部組成。在試驗(yàn)管道各斷面設(shè)置測(cè)壓管和測(cè)速管，即可測(cè)出三種能量沿程變化的實(shí)際狀況。測(cè)壓管中水位顯示的是位能和壓能之和，即能量方程中之前兩項(xiàng)：Zp，即靜壓；測(cè)速rp p 管中水位顯示的是位能、壓能、動(dòng)能之和，即能量方程中三項(xiàng)之和：Z ，為全壓。r 2g計(jì)算。測(cè)試的數(shù)據(jù)填入表中。伯努利試驗(yàn)管工況點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄體積〔cm3〕時(shí)間(s)流量體積〔cm3〕時(shí)間(s)流量(cm3/s)序12345號(hào)全靜全靜全靜全靜全靜壓壓壓壓壓壓壓壓壓壓1234564、測(cè)量管內(nèi)軸心處流體速度2gh能量方程試驗(yàn)管上的每一組測(cè)壓管都相當(dāng)于一個(gè)皮托管，可測(cè)得管內(nèi)任意一點(diǎn)的流體點(diǎn)速2gh皮托管求點(diǎn)速度公式：V P

〔5-4〕求平均流速公式：V

Q 〔5-5〕A依據(jù)以上公式計(jì)算某一工況各測(cè)點(diǎn)處的軸心速度和平均流速添入表格，可驗(yàn)證出連續(xù)性方程。對(duì)于不行壓縮流體穩(wěn)定的流淌，當(dāng)流量肯定時(shí)，管徑粗的地方流速小，細(xì)的地方流速大。工程1234工程1234序號(hào)點(diǎn)速度點(diǎn)速度Vp〔m/s〕平均速度V〔m/s〕.管內(nèi)徑〔mm〕1t/℃標(biāo)準(zhǔn)大氣下水的物理性質(zhì)密度/kgm-3 運(yùn)動(dòng)粘度×10-6/m2s-10999.81.78551000.01.57910999.71.30615999.11.13920998.21.00325997.00.89330995.70.80040992.20.65850988.00.55360983.20.47470977.80.41380971.80.36490955.30.3266孔口與管嘴流量系數(shù)試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?、觀看典型孔口和管嘴自由出流的水力現(xiàn)象與圓柱管嘴的局部真空現(xiàn)象。2、測(cè)定孔口、管嘴出流的各項(xiàng)系數(shù)：出流斷面收縮系數(shù)，流量系數(shù)，流速系數(shù)和阻力系數(shù)。二、試驗(yàn)設(shè)備及要求本試驗(yàn)主要使用設(shè)備為：KGZ-1孔口管嘴試驗(yàn)儀。持水頭恒定，孔口和管嘴上安裝門蓋以掌握出流。三、試驗(yàn)原理1、孔口出流原理d/H0.1d/2C—CAc

AAc

A。稱為收縮系數(shù)。1-1，收縮斷面C-Cp v2

p v2

v2H 1 11

c cc

c 〔6-1〕0 g 2g g 2g 2gV2H0由〔6-2〕可得

)c 〔6-2〕c 2g112112gH0cc1c2gH0令 1c2gH0c

〔6-4〕式中：Vc

——孔口出流斷面上的流速m/s。 ——孔口流速系數(shù)，依據(jù)實(shí)測(cè)，由于

=0.06，所以c1c10.061c10.06

0.97H0——孔口的作用水頭〔m〕QAVcc設(shè),則有：

A2gH2gH02gH0Q2gH0

Ac22gH0

A，即有

〔6-4〕〔6-5〕Q——孔口出流的流量。——孔口的流量系數(shù)。QA 2gH0將以上各式進(jìn)展反推，可得孔口出流的各項(xiàng)系數(shù)QA 2gH0

cAAA流速系數(shù)：阻力系數(shù)：112因此，測(cè)出Q、H、A、Ac。即可求出各項(xiàng)系數(shù)。2、管嘴出流原理如圖二所示，當(dāng)器壁較厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管長(zhǎng)相當(dāng)于孔口直徑的3～4倍時(shí)，則稱作管嘴，也叫做厚壁孔口。這種出流現(xiàn)象稱作管嘴出流。管嘴出流的特點(diǎn)是，水股先在管局部阻力損失和水股收縮斷面擴(kuò)大的局部阻力損失，沿程損失無(wú)視不計(jì)。QA 2gH01。管嘴出流各項(xiàng)系數(shù)計(jì)算公式如下：QA 2gH01管嘴流速系數(shù)：

管嘴阻力系數(shù)：112四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟一、記錄試驗(yàn)儀器尺寸參數(shù)d孔口

d管嘴

H體積法，由計(jì)量水箱計(jì)量。秒表自備。二、孔口與管嘴出流的流量測(cè)量1、啟動(dòng)水泵，并調(diào)整供水閥門使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不變，分別翻開各孔口管嘴的前蓋進(jìn)展試驗(yàn)。2、觀看各種薄壁孔口出流水股的收縮現(xiàn)象，測(cè)量出流收縮斷面尺寸，計(jì)算收縮斷面面積，測(cè)量孔口收縮管嘴的作用水頭，一般應(yīng)測(cè)3～53、依據(jù)泄流槽上的刻度讀出孔口與管嘴出流的流量，將試驗(yàn)結(jié)果記錄入表6-14、依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算各項(xiàng)系數(shù),分析爭(zhēng)論試驗(yàn)結(jié)果。6-1試驗(yàn)結(jié)果記錄表儀器常數(shù)：孔口直徑d孔口

= cm； 水頭H = cm；管嘴直徑d管嘴

= cm分布類別分布類別孔口圓形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴錐管嘴A〔cm3〕收縮直徑dc〔cm〕收縮斷面c真空度收縮系數(shù)流量系數(shù)流速系數(shù)：流股形態(tài)五、思考題流速系數(shù)1.0？為什么？六、留意事項(xiàng)1、過(guò)程中應(yīng)保持微小溢流；2、本儀器有實(shí)測(cè)管嘴真空值的裝置，但一般達(dá)不到理論值，即作用水頭的0.75倍。14畢托管測(cè)速試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?2二、試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)臺(tái)由試驗(yàn)桌、自循環(huán)供水箱、水位調(diào)整閥、穩(wěn)壓水箱、漂浮管嘴、畢托管、滑軌、回水箱、測(cè)壓管、滑動(dòng)測(cè)尺等組成。三、試驗(yàn)原理1、畢托管測(cè)速公式：

2ghu2gh

〔14-1〕式中：u——畢托管測(cè)點(diǎn)處的點(diǎn)流速C——畢托管的校正系數(shù)，C=1。2gHΔh2gHu

〔14-2〕式中：u——測(cè)點(diǎn)處流速，由畢托管測(cè)定——測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)ΔH——管嘴的作用水頭由以上兩式可得測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)計(jì)算式：h/h/H

〔14-3〕四、試驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、生疏試驗(yàn)裝置各局部的名稱，作用性能和畢托管的構(gòu)造特征，以及試驗(yàn)原理。并測(cè)記各有關(guān)的常數(shù)和試驗(yàn)參數(shù)，添入試驗(yàn)表格。2、用軟膠管將上、下游水箱的測(cè)點(diǎn)分別與測(cè)壓計(jì)中的測(cè)管相連通，將畢托管對(duì)準(zhǔn)管嘴，距離3CM，在滑軌上進(jìn)展固定。3、開啟水泵，將流量調(diào)整至最大。待上下游溢流后，準(zhǔn)時(shí)排解畢托管及連通管中的氣體，方可進(jìn)展試驗(yàn)。測(cè)點(diǎn)流速測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)測(cè)點(diǎn)流速測(cè)點(diǎn)流速系數(shù)44、分別沿縱向和垂向轉(zhuǎn)變測(cè)點(diǎn)位