熱工實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)講稿第1頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程按排1-6周課堂講授12學(xué)時(shí)7-15周實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)16周考試每個(gè)人做6次實(shí)驗(yàn)，共完成11個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，8個(gè)人一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組實(shí)驗(yàn)報(bào)告：每人最少4份，兩人合寫(xiě)一份成績(jī)組成：平時(shí)30%、實(shí)驗(yàn)報(bào)告20%、考試50%第2頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)內(nèi)容空氣定壓比熱容測(cè)定、空氣絕熱指數(shù)測(cè)定氣體在噴管中流動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究穩(wěn)態(tài)、準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)法測(cè)量保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)繞圓柱體壓力分布測(cè)定及外掠圓柱體強(qiáng)迫對(duì)流實(shí)驗(yàn)研究黑度及角系數(shù)測(cè)定沿程阻力測(cè)定及流動(dòng)觀察第3頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

3.數(shù)量——每人最少完成4份報(bào)告（）。強(qiáng)調(diào)：每完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)必須及時(shí)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在做下一實(shí)驗(yàn)時(shí)將其交給實(shí)驗(yàn)教師，作為能否繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的資格。1.使用統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙；

2.實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容完整

包括：實(shí)驗(yàn)日期、同組人姓名、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、?shí)驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)）簡(jiǎn)圖、原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理過(guò)程（含公式）、結(jié)論、結(jié)論分析（誤差分析、實(shí)驗(yàn)與理論）。第4頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱工實(shí)驗(yàn)的作用熱工實(shí)驗(yàn)主要包括熱工基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，即主要包括工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)和流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)。熱工理論的研究方法主要有三種：理論分析法、實(shí)驗(yàn)法和數(shù)值計(jì)算法。而在此三種方法中，實(shí)驗(yàn)法是一種較為有用并有效的方法，而且是解決各種復(fù)雜熱工問(wèn)題的基本方法。第5頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱工實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)測(cè)定物質(zhì)的各種熱物性參數(shù)；確定過(guò)程中各物體所處的熱狀態(tài)；測(cè)定不同過(guò)程中熱量傳遞的規(guī)律。為實(shí)現(xiàn)這三項(xiàng)任務(wù)，必須學(xué)會(huì)各主要物理量的正確測(cè)量技術(shù)；各種模擬熱工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)技術(shù)；掌握熱工實(shí)驗(yàn)的基本理論和技能。第6頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱工實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容測(cè)量和儀表的基本知識(shí)；相似理論和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；測(cè)量誤差和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；熱工過(guò)程中各種基本參數(shù)的測(cè)量；熱物性測(cè)量方法；流動(dòng)和傳熱過(guò)程中最基本的實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容和方法。第7頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量和儀表的基本知識(shí)測(cè)量的概述測(cè)量?jī)x表測(cè)量?jī)x表的分類和特性第8頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量概述測(cè)量的定義：用實(shí)驗(yàn)的方法，將被測(cè)量的量與選作單位的同類量進(jìn)行比較，從而確定被測(cè)量量的值的過(guò)程。測(cè)量的分類：直接測(cè)量和間接測(cè)量1.直接測(cè)量：利用標(biāo)準(zhǔn)尺度與被測(cè)量量直接進(jìn)行比較而獲得結(jié)果的方法；2.間接測(cè)量：凡是不能被直接測(cè)量，而是通過(guò)測(cè)量其他相關(guān)物理量，按一定的函數(shù)關(guān)系得到被測(cè)量量的方法，均稱為間接測(cè)量。第9頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直接測(cè)量的方法直讀法：由度量標(biāo)準(zhǔn)直接比較或由儀表直接讀出；差值法：用儀表測(cè)出二量之差即為所要求之量；代替法：用已知量代替被測(cè)量，而兩者對(duì)儀表的影響相同，則被測(cè)量量就等于已知量的方法；零值法：被測(cè)量對(duì)儀表的影響被同類的已知量的影響抵消，使總的效應(yīng)為零，則被測(cè)量等于已知量。第10頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量?jī)x表的分類范型儀表（標(biāo)準(zhǔn)儀表）用來(lái)復(fù)制或保持測(cè)量單位，或者用來(lái)對(duì)各種測(cè)量?jī)x表進(jìn)行校核和刻度工作的儀表。實(shí)用儀表實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)的儀表。實(shí)驗(yàn)中主要使用實(shí)用儀表。第11頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月儀表的一般構(gòu)成感受件：直接與被測(cè)對(duì)象聯(lián)系，感受被測(cè)參數(shù)的變化，并將其轉(zhuǎn)換成一種信號(hào)輸出。顯示件：儀表通過(guò)它向觀察者反映被測(cè)參數(shù)的變化。根據(jù)顯示件的不同，儀表可以分為直讀式和記錄式兩種。中間件：中間件的作用是將感受到的輸出信號(hào)傳輸給顯示件。在傳輸過(guò)程中，信號(hào)可以放大、轉(zhuǎn)換。第12頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量?jī)x表的特性靈敏度分辨率（或靈敏度限）準(zhǔn)確度復(fù)現(xiàn)性動(dòng)態(tài)特性第13頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相似理論的核心內(nèi)容相似理論的核心內(nèi)容相似第一定理：彼此相似的現(xiàn)象，它們的同名準(zhǔn)則數(shù)必定相等；2.相似第二定理：任何微分方程式所描述的物理現(xiàn)象都可以用從該微分方程式導(dǎo)出的相似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系式來(lái)表示；3.相似第三定理：凡是單值性條件相似，同名定型準(zhǔn)則相等的那些物理現(xiàn)行必定是相似現(xiàn)象。第14頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相似理論在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)必須在相似的條件下進(jìn)行；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該測(cè)量包含在形似準(zhǔn)則中的所有物理量；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)該整理成形似準(zhǔn)則的函數(shù)關(guān)系；實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以推廣到形似現(xiàn)象中去。第15頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量誤差測(cè)量誤差的表示絕對(duì)誤差相對(duì)誤差誤差的性質(zhì)和分類疏忽誤差（過(guò)失誤差）系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差第16頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨機(jī)誤差的性質(zhì)一次測(cè)量無(wú)規(guī)律，但多次測(cè)量符合正態(tài)分布；真值的獲得：最小二乘法等精度測(cè)量取算術(shù)平均值第17頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月隨機(jī)誤差的表示標(biāo)準(zhǔn)誤差平均誤差或然誤差極限誤差或最大誤差算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差第18頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量結(jié)果的表示第19頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月間接測(cè)量中的誤差根據(jù)直接測(cè)量值的精度來(lái)估計(jì)間接測(cè)量值的誤差；如果對(duì)間接測(cè)量值的精度有一定的要求，可以確定各直接測(cè)量值的誤差大小和實(shí)驗(yàn)方案；尋求測(cè)量的最有利條件，也就是使函數(shù)誤差達(dá)到最小值的極限條件。第20頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月誤差遞推公式第21頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理有效數(shù)字的概念有效數(shù)字的計(jì)算法則：等精度測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理第22頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有效數(shù)字的概念只有最后一位不確定的估計(jì)數(shù)字而其余的數(shù)字都是準(zhǔn)確數(shù)字的全部數(shù)字成為有效數(shù)字。第23頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有效數(shù)字計(jì)算法則1.記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為有效數(shù)字；2.有效數(shù)字位數(shù)確定后，多余的有效數(shù)字一律舍去并進(jìn)行湊正；3.加減運(yùn)算法則；4.乘除運(yùn)算法則；5.乘方及開(kāi)方運(yùn)算法則；6.對(duì)數(shù)運(yùn)算法則；7.計(jì)算平均值時(shí)，若為四個(gè)數(shù)據(jù)或四個(gè)以上的數(shù)據(jù)相平均時(shí)，則平均值的有效數(shù)字可以增加一位。第24頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等精度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按先后次序列表；求算術(shù)平均值；求參差及參差的平方求標(biāo)準(zhǔn)差；剔除“壞值”；求算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；第25頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)曲線的繪制和擬合繪制實(shí)驗(yàn)曲線應(yīng)注意：1.實(shí)驗(yàn)曲線必須盡可能多的通過(guò)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，留在曲線外的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近曲線，并且曲線兩側(cè)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)大致相等；2.曲線應(yīng)光滑；3.圖上應(yīng)當(dāng)標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件。寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果的最后表達(dá)式。第26頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)曲線的擬合方法分組平均法；參差圖法擬合直線；最小二乘法、第27頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度和溫度場(chǎng)的測(cè)量測(cè)量溫度的原理測(cè)量溫度的儀表測(cè)量溫度的方法測(cè)量溫度中的誤差第28頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量溫度的原理熱力學(xué)第零定律（或熱平衡原理）第29頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量溫度的儀表棒式溫度計(jì)1.玻璃管式溫度計(jì)2.雙金屬溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)電阻溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)光纖溫度計(jì)第30頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電偶溫度計(jì)原理：當(dāng)兩種金屬絲組成閉合回路時(shí)，若兩個(gè)結(jié)點(diǎn)維持不同的溫度，則在回路中會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，而該熱電勢(shì)的大小與兩結(jié)點(diǎn)的溫度差有關(guān)。熱電偶材料應(yīng)具備的性質(zhì)1.熱電勢(shì)的大小只與溫度有關(guān)，且最好為線性關(guān)系；2.其他金屬材料介入時(shí)，若結(jié)點(diǎn)維持相同的溫度，不改變回路中熱電勢(shì)的大??；3.抗腐蝕，有一定的機(jī)械強(qiáng)度。第31頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用的熱電偶測(cè)溫線路單點(diǎn)測(cè)溫線路溫差測(cè)溫線路多點(diǎn)測(cè)溫線路并聯(lián)測(cè)溫線路串聯(lián)測(cè)溫線路第32頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電偶制作熔焊（電弧焊）電容沖擊焊錫焊第33頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)節(jié)點(diǎn)的要求熱電偶的結(jié)點(diǎn)頭部呈小球形，球的直徑略大于二倍熱電偶絲的直徑；頭部光亮、無(wú)氧化黑斑、金相結(jié)構(gòu)致密無(wú)砂孔；熱電偶頭部應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；熱電偶線不發(fā)生扭曲、打結(jié)，兩線之間除頭部接觸點(diǎn)以外應(yīng)相互絕緣。第34頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月熱電偶參考點(diǎn)的選擇參考點(diǎn)的選擇，影響到輸出熱電勢(shì)的大小。只有在參考點(diǎn)溫度固定的情況下，熱電偶才能正確反映出工作端的溫度大小。因此在熱工實(shí)驗(yàn)中，往往采用冰點(diǎn)作參考點(diǎn)。采用冰點(diǎn)發(fā)生器。它是利用熱電元件通電制冷的原理冷卻一個(gè)密閉的水槽，使基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度維持在冰點(diǎn)的。第35頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量溫度的方法內(nèi)部溫度測(cè)量方法表面溫度測(cè)量方法介質(zhì)溫度測(cè)量方法第36頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)部溫度測(cè)量測(cè)溫儀表：主要用熱電偶打孔測(cè)量1.打小孔2.打打孔第37頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表面溫度測(cè)量測(cè)溫儀表：主要用熱電偶直接測(cè)量1.熱電偶直接焊接到或緊貼在被測(cè)表面上2.將熱電偶沿著等溫線埋設(shè)在被測(cè)表面內(nèi)間接測(cè)量測(cè)量表面附近的溫度變化，按一定的原理推算到要測(cè)量表面的溫度的方法稱為間接測(cè)量法。第38頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月介質(zhì)溫度的測(cè)量測(cè)溫用的儀表：棒式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)方法：將溫度計(jì)直接與被測(cè)介質(zhì)接觸第39頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量溫度的誤差引線的導(dǎo)熱誤差固體內(nèi)部溫度測(cè)量誤差壁面溫度測(cè)量誤差測(cè)溫管引起的介質(zhì)溫度測(cè)量誤差溫度測(cè)量中的輻射誤差第40頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電加熱功率測(cè)量主要采用伏安法測(cè)量?jī)x表：電流表、電壓表、功率表注意儀表的接法注意小功率的測(cè)量第41頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月表面熱流測(cè)量測(cè)量表面的溫度和流體溫度，利用牛頓冷卻公式計(jì)算表面的熱流測(cè)量表面附近的溫度梯度，來(lái)就算表面的熱流熱流計(jì)來(lái)測(cè)量物體表面的熱流第42頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月導(dǎo)熱型熱流計(jì)的工作原理基于一維導(dǎo)熱的原理第43頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量壓力的儀表測(cè)量壓力的儀表1.U型管壓力計(jì)2.單管壓力計(jì)3.傾斜微壓計(jì)4.多管壓力計(jì)第44頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流體中壓力的測(cè)量靜壓的測(cè)量1.在容器上打孔，直接安裝測(cè)壓儀表2.用靜壓測(cè)量探針動(dòng)壓的測(cè)量分別測(cè)量靜壓和總壓，按柏努力方程計(jì)算總壓的測(cè)量利用總壓測(cè)量探針測(cè)量第45頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流速的測(cè)量利用測(cè)壓探針測(cè)量流速利用熱線風(fēng)速儀測(cè)量流速利用多普勒風(fēng)速儀測(cè)量流速第46頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月探針測(cè)量流速測(cè)量原理：柏努力方程畢托管