2012年熱工學(xué)實踐實驗內(nèi)容實驗3二氧化碳氣體P-V-T關(guān)系的測定一、實驗?zāi)康牧私馀R界狀態(tài)的觀測方法，增強對臨界狀態(tài)概念的感性認識。鞏固課堂講授的實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的理論知識，加深對飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等基本概念的理解。掌握的 間關(guān)系測定方法。觀察二氧化碳氣體的液化過程的狀態(tài)變化，及經(jīng)過臨界狀態(tài)時的氣液突變現(xiàn)象，測定等溫線和臨界狀態(tài)的參數(shù)。二、實驗任務(wù)測定氣體基本狀態(tài)參數(shù) 之間的關(guān)系，在一圖上繪制出為℃、℃、℃三條等溫曲線。觀察飽和狀態(tài)，找出為℃時，飽和液體的比容與飽和壓力的對應(yīng)關(guān)系。觀察臨界狀態(tài)，在臨界點附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象，測定臨界狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果，畫出實際氣體的關(guān)系圖。三、實驗原理理想氣體狀態(tài)方程：實際氣體：因為氣體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， 年范德瓦爾對理想氣體狀態(tài)方程式進行了修正，提出如下修正方程：（a）pH （v—b）=RT （）Iv2）式中 是分子力的修正項；是分子體積的修正項。修正方程也可寫成pv3—（bp+RT）v2+av—ab=0 （ ）它是的三次方程。隨著和的不同，可以有三種解：三個不等的實根；三個相等的實根；一個實根、兩個虛根。年安德魯用做試驗說明了這個現(xiàn)象，他在各種溫度下定溫壓縮并測定與得到了一圖上一些等溫線，如圖一所示。從圖中可見，當(dāng)℃時，對應(yīng)每一個，可有一個值，相應(yīng)于（）方程具有一個實根、兩個虛根；當(dāng)℃時，而時，使曲線出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點即臨界點，相應(yīng)于方程解的三個相等的實根；當(dāng)℃時，實驗測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。簡單可壓縮系統(tǒng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，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:

可見，保持任意一個參數(shù)恒定，測出其余兩個參數(shù)之間的關(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，測定比容與壓力的對應(yīng)數(shù)值，就可以得到等溫線的數(shù)據(jù)。圖 二氧化碳的-關(guān)系四、實驗設(shè)備實驗設(shè)備：由壓縮室本體、恒溫器及活塞式壓力計組成，如圖一所示?；钊綁毫τ嫞河墒州啂踊钊麠U的進退調(diào)節(jié)油壓，提供實驗中所需的壓力。四、實驗設(shè)備實驗設(shè)備：由壓縮室本體、恒溫器及活塞式壓力計組成，如圖一所示?；钊綁毫τ嫞河墒州啂踊钊麠U的進退調(diào)節(jié)油壓，提供實驗中所需的壓力。恒溫器：提供恒溫水，用恒溫水再去恒定的溫度。保持實驗中在不同等級的等溫過程中進行。壓縮室本體：壓縮氣體的壓縮室本體由一根玻璃毛細管和水銀室組成，如圖一所示。預(yù)先刻度和充氣的玻璃毛細管插入水銀室中，再打開玻璃管下口。圖一實驗裝置系統(tǒng)一壓縮室本體一活塞式壓力計—恒溫器實驗時，由恒溫器提供的恒溫水，從實驗臺本體玻璃水套下端進口流入，上端出口流出，反復(fù)循環(huán)。玻璃恒溫水套維持了毛細管內(nèi)氣體溫度不變的條件，由于水套上的溫度計誤差太大，用恒溫器上的精密溫度計來代替，可以近似認為玻璃管中所存的溫度與此溫度相同。實驗中要緩緩轉(zhuǎn)動活塞式壓力計的手輪，逐漸增大壓力油室中的油壓，使毛細管內(nèi)的氣體壓縮。透過玻璃管可以看到氣體的壓縮過程。氣體壓縮時所受壓力是由壓力臺上的壓力表讀出，氣體的體積由毛細管上的刻度讀出，再經(jīng)過換算得到。五、實驗步驟首先恒溫器接通電源，開動電力泵，使系統(tǒng)水進行循環(huán)對流。旋轉(zhuǎn)電接點溫度計的頂端幅形磁鐵，調(diào)整實驗中所規(guī)定的恒定溫度。五、實驗步驟首先恒溫器接通電源，開動電力泵，使系統(tǒng)水進行循環(huán)對流。旋轉(zhuǎn)電接點溫度計的頂端幅形磁鐵，調(diào)整實驗中所規(guī)定的恒定溫度。開始加熱，觀察恒溫器上精密溫度計，若其溫度計讀數(shù)與電接點溫度計標(biāo)定的溫度一致時，則可近似認為玻璃管中的溫度處于標(biāo)定的溫度。開始加壓，應(yīng)緩緩地前進活塞螺桿加壓，并注意觀察受壓后的各種現(xiàn)象。進行記錄實驗中的各種數(shù)據(jù)、狀態(tài)。當(dāng)需要改變溫度時，重復(fù)上述步驟。六、注意事項恒溫水的溫度應(yīng)穩(wěn)定足夠長的時間，使毛細管內(nèi)外的溫度均衡后再開始測量數(shù)據(jù)。增大油壓時，使毛細管內(nèi)水銀面緩緩上升，要保持緩慢壓縮。維持溫度不變，調(diào)整若干次壓力，壓力間隔一般可取左右，在接近飽和狀態(tài)或臨界狀態(tài)時應(yīng)取 。除 時，須加壓至絕對壓力為）外，其余各等溫線均在?間測出值，絕對不允許表壓超過 。.實驗結(jié)束卸壓時，應(yīng)使壓力逐漸下降，不得直接打開油杯閥門卸壓。實驗完畢將儀器擦凈，恢復(fù)原狀。圖一壓縮室本體示意圖一玻璃毛細管一水銀室一壓力油室一溫度計 一恒溫水套七、實驗數(shù)據(jù)整理比容的確定實驗中由于的質(zhì)量法確定值：因為二氧化碳在，不便測定，承受玻璃的內(nèi)徑也不易測準(zhǔn)，因而只能用間接方實驗中由于的質(zhì)量法確定值：因為二氧化碳在，不便測定，承受玻璃的內(nèi)徑也不易測準(zhǔn)，因而只能用間接方時，比容V=0.00117即:℃,h兀,〃℃,h兀,〃oXTd m3/—0-4一二0.00117m /kgm因為A 0——0.00117=K常數(shù)則任意情況下二氧化碳的比容:hV=——mAK所以，只要在實驗中測得 ℃下的比容值均可求得。hV=——mAK所以，只要在實驗中測得 ℃下的比容值均可求得。.列數(shù)據(jù)表及繪制 圖。實驗數(shù)據(jù)計算整理后，繪制出實際時的值，計算出值后，其它任意狀態(tài)氣體的關(guān)系圖。八、實驗報告的要求簡述實驗?zāi)康摹⑷蝿?wù)及實驗原理。.記錄實驗過程的原始數(shù)據(jù)（實驗數(shù)據(jù)記錄表）。根據(jù)實驗得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計算整理并畫出二氧化碳 的關(guān)系圖。九、思考題：為什么加壓時，要足夠緩慢地搖動活塞桿而使加壓足夠緩慢進行？若不緩慢加壓，會出現(xiàn)什么問題？.卸壓時為什么不能直接開啟油杯閥門。

表 實驗數(shù)據(jù)記錄表℃℃℃表壓高度觀察現(xiàn)象表壓高度觀察現(xiàn)象表壓高度觀觀察現(xiàn)象實驗 壓氣機性能實驗活塞式壓氣機是通用的機械設(shè)備之一，其工作原理是消耗機械能（或電能）而獲得壓縮氣體。壓氣機的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進與否的重要參數(shù)。本實驗是利用微機對壓氣機的有關(guān)性能參數(shù)進行實時動態(tài)采集，經(jīng)計算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。一、實驗?zāi)康恼莆罩甘竟?、壓縮指數(shù)和容積效率的基本測試方法；對使用微機采集、處理數(shù)據(jù)的全過程和方法有所解。二、實驗裝置及測量系統(tǒng)本實驗儀器裝置主要由：壓氣機、電動機及測試系統(tǒng)所組成。測試系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀、放大器、計算機及打印機，見圖一。壓氣機型號：一汽缸直徑： 活塞行程動態(tài)在變僅一■:T顯示量」一機T動態(tài)在變僅一■:T顯示量」一機T打印機"1I—壓氣機2—壓力傳感器3一飛輪4一位移傳感器5—安全排放閥6■—壓力表7一調(diào)節(jié)M8—稔壓捌壓氣機實驗裝置及測試系統(tǒng)為了獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機的汽缸頭上安裝了一個應(yīng)變式壓力傳感器，供實驗時汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號。該信號經(jīng)橋式整流后，送至動態(tài)應(yīng)變儀放大。對應(yīng)著活塞上止點的位置，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的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，以達到壓力和曲柄傳角信號的同步。這二路信號經(jīng)放大器分別放大后，送入板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計算機，經(jīng)計算處理便得到了壓氣機工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖一及圖一圖一封閉的示功圖圖一封閉的示功圖根據(jù)動力學(xué)公式，活塞位移量與曲柄轉(zhuǎn)角有如下關(guān)系:九x=R（1-cosa）+4（1-cos2a）式中：人——曲柄半徑;——連桿長度;——曲柄轉(zhuǎn)角。三、實驗原理.指示功和指示功率指示功：活塞壓氣機進行一個工作過程，活塞對氣體所作的功，記為。顯然功量就是一圖上工作過程線所包圍的面積。其縱坐標(biāo)是以線段長度表示的壓力值，而橫坐標(biāo)則表示活塞的位移量，經(jīng)測面儀測量和計算才能得到功的數(shù)值，即：式中:-由測面儀測定的面積值（）單位長度代表的容積RLD24gb式中:活塞行程（）；式中:活塞行程（）；gb——活塞行程的線段長度（）；——單位長度代表的壓力pP-1k=—d=—2fe式中:——工作時的表壓力式中:fe——表壓力在縱坐標(biāo)圖上對應(yīng)的高度指示功率：單位時間內(nèi)活塞對氣體所作的功，記為。用下式表示:式中：一一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)分平均多變壓縮指數(shù)壓氣機的實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-J2vdp

J2"dv

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:二由cdefc圍成的面積0;由CddbC圍成的面積容積效率（n根據(jù)熱力學(xué)定義:有效吸氣容積

工作容積根據(jù)熱力學(xué)定義:有效吸氣容積

工作容積在示功圖上：即為有效吸氣線段長度與活塞行程線段長度之比。即:四、實驗步驟接通所有測試儀器設(shè)備的電源。把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計算機。啟動壓氣機，調(diào)好排氣量，待壓氣機工作穩(wěn)定后，計算機開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機處理，得到了展開的和封閉的始功圖。用測面儀測量封閉示功圖的面積。分別測量壓縮過程線與橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)包圍的面積。用尺子量出有效吸氣線段hb的長度和活塞行程線段gb的長度。五、實驗報告要求簡述實驗?zāi)康呐c原理。記錄計算機采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表 中。根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個面積值及壓力值。計算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實際值（要求計算過程）。六、思考題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？對于同一個過程（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？當(dāng)壓氣機工作時，其壓縮指數(shù)變化范圍是多少？在什么情況下，壓氣機耗功最??？?分析壓氣機工作壓力的改變將對容積效率有何影響。

表5-1壓縮機性能實驗記錄大氣壓力--bar室溫--℃濕度--%孔板孔徑--cm排氣管內(nèi)徑--cm1234567891011項目儲氣罐壓力輸入電功率電動機效率壓氣機生產(chǎn)量示功圖面積壓氣機轉(zhuǎn)速活塞排量孔板壓差孔板、乙刖溫度孔板流量系數(shù)質(zhì)量流量吸氣狀態(tài)生產(chǎn)量符號P2Ngnht2MGV3fnVh單位barkW%mmH2O℃kg/minm3/mincm2r/minm3/min測出內(nèi)外球壁表面溫度測出內(nèi)外球壁表面溫度實驗7用球體法測量導(dǎo)熱系數(shù)實驗一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)用球體法測定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。.了解溫度測量過程及溫度傳感元件。、實驗原理粒狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)可通過球體導(dǎo)熱儀測定。如圖1—1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7—1的邊界條件積分可得到熱流量計算式：加兀dd九，、①--2m(t—t) (1—1)TOC\o"1-5"\h\z0 1 2①?0入- (1—2)m兀dd(t一t)121 2式中：1，， ，、6—球壁厚度6-(d2-d1)；t+t入一球壁材料在t-r?時的導(dǎo)熱系數(shù)。m m2圖7—1 球殼導(dǎo)熱過程因此，只要維持內(nèi)外球壁溫度均勻穩(wěn)定，已知球壁半徑d1和d2,t1和t2,即可由式(1—2)算出材料的導(dǎo)熱系數(shù)人m。三、實驗設(shè)備如圖7—2所示，實驗設(shè)備組成包括：球體導(dǎo)熱儀本體、實驗臺手動測試系統(tǒng)、計算機測量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測量系統(tǒng)。球體導(dǎo)熱儀本體是兩個球殼同心套裝在一起，內(nèi)球殼外徑為d1,外球殼內(nèi)徑為d2,在兩球殼之間填充實驗粒狀材料，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)球壁和被測材料到外球殼，外球殼通過自然空氣對流方式進行冷卻。每個球殼布置上下兩個溫度測點，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測定各種散狀物料（如沙子、礦渣、石灰等）的導(dǎo)熱系數(shù)。手動測試系統(tǒng)通過實驗臺操作完成手動測量數(shù)據(jù)，其中，功率測量由電壓表和電流表檢測得到，溫度測量由電位差計檢測得到。計算機測量系統(tǒng)通過計算機運行監(jiān)測主畫面，實時顯示實驗測量數(shù)據(jù)，并計算得到導(dǎo)熱系數(shù)的測量值等。數(shù)字儀表測量系統(tǒng)通過數(shù)字儀表機柜，直接測量得到球壁溫度值和熱流功率值。四、實驗方法及實驗數(shù)據(jù).確認所在實驗臺上電壓表、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。.學(xué)會用電位差計測量熱電偶信號操作要領(lǐng)。.切換轉(zhuǎn)換開關(guān)，記錄4個溫度測量點數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)記錄在表7-1中。轉(zhuǎn)換開關(guān)———電位差計冰點桶圖7—2球體導(dǎo)熱儀實驗裝置原理結(jié)構(gòu)圖五、實驗數(shù)據(jù)整理完成表7-1、表7-2的實驗數(shù)據(jù)記錄、計算及整理工作。六、實驗報告.結(jié)合課堂講授的理論及實驗內(nèi)容，學(xué)生要提供自編的實驗報告書。.學(xué)生要根據(jù)自己所進行的實驗獨立認真地撰寫實驗報告。要求字跡工整、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、觀察現(xiàn)象的文字描述層次清晰并應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)中的知識對實驗結(jié)果給出分析和評價。七、思考題.簡述用球體法測量材料的導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)缺點？.如果安裝內(nèi)外球殼時略有偏心，導(dǎo)熱系數(shù)的測定是否會受到影響？為什么.試說明懸掛在空中的實驗球體，外球殼表面的換熱方式？如果球殼表面有空氣流動或有陽光照射，對導(dǎo)熱系數(shù)的測量有沒有影響？為什么？

表7-1實驗測量數(shù)據(jù)記錄記錄人： 同組人： 時間:實驗參數(shù)實驗數(shù)據(jù)實驗臺球殼溫度內(nèi)球殼溫度外球殼溫度試材名稱內(nèi)上t-1內(nèi)下tl_2外上t,」外下t2_2mvmvmvmv容重℃℃℃℃內(nèi)平均溫度外平均球溫度外球直徑加熱功率電壓U(V)電流I(A)功率①=Q=UJ(W)內(nèi)球直徑環(huán)境溫度導(dǎo)熱系數(shù)入= (w/m?℃表7-2實驗測量數(shù)據(jù)匯總臺號試材測試法實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)￡%*測量誤差內(nèi)外球均溫加熱功率①導(dǎo)熱系數(shù)人1臺粒狀珍珠巖手動測2臺手動測3臺粒狀蛭石手動測4臺手動測3臺粒狀蛭石微機測4臺儀表測*手動測量與微機和儀表測量的相對誤差(以手動測量為基準(zhǔn))實驗6蒸汽壓縮制冷裝置性能實驗、實驗?zāi)康牧私庹羝麎嚎s制冷（熱泵）裝置。學(xué)習(xí)運行操作的基本知識。測定制冷劑的制冷系數(shù)。掌握熱工測量的基本技能。分析制冷劑的能量平衡。二、實驗任務(wù)測定水冷式單級蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)。了解殼管式換熱器的性能，節(jié)流閥的調(diào)節(jié)方法和性能。了解熱泵循環(huán)系統(tǒng)的流程和制熱系數(shù)的概念。三、實驗設(shè)備及儀表1.水冷式氟利昂制冷裝置，功率表，電壓表，溫度計，壓力表，流量計，轉(zhuǎn)速表等。兩缸立式氟利昂制冷機、殼管式冷凝器、殼管式蒸發(fā)器、熱力膨脹閥（節(jié)流閥）。圖 為實驗裝置系統(tǒng)示意圖。圖 蒸汽壓縮制冷實驗裝置示意圖四、數(shù)據(jù)整理和實驗報告實驗報告實驗記錄及數(shù)據(jù)整理在參考表 中。全班各組實驗數(shù)據(jù)匯集后，畫出8 曲線。結(jié)合課堂講授的理論及實驗內(nèi)容，學(xué)生要提供自編的實驗報告書。5..學(xué)生要根據(jù)自己所進行的實驗獨立認真地撰寫實驗報