名目熱工根底試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)… 2熱工根底試驗(yàn)報(bào)告… 261熱工根底試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)ThermodynamicsandHeattransferBasicExperimentInstructor2〔工程熱力學(xué)試驗(yàn)〕試驗(yàn)一氣體定壓比熱容測(cè)定試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?體比熱容測(cè)定的根本原理和構(gòu)思。2出比熱容數(shù)值和比熱容關(guān)系式的方法。3、學(xué)會(huì)試驗(yàn)中所用各種儀表的正確使用方法。二、試驗(yàn)原理由工程熱力學(xué)所知，氣體定壓比熱容的定義式為：h〔1〕C 〔1〕0 T pdh比熱容可表示為：1 Q

dQp，此時(shí)氣體的定壓MC ( )p M T p

〔2〕當(dāng)氣體在此定壓過(guò)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：QC pmt1

M(t2

pt)1

〔kJ/kg℃〕 〔3〕式中：M――氣體的質(zhì)量流量，kg/s；pQ――氣體在定壓流淌過(guò)程中吸取的熱量，kJ/s。p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取熱量，這局部熱量要依據(jù)濕空氣的相對(duì)濕度來(lái)確定。假設(shè)計(jì)算干空氣的比熱容，必需從加熱給濕空氣的熱量中扣除這局部熱量，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(xiàn)性的，即可近似的表示為：Cp=A+Bt 〔4〕t1加熱到t2的平均定壓比熱容則為：3C t 2

t tdtAB1 2ABt〔5〕

2pmt1

1 t t 2 m2 1這說(shuō)明，此時(shí)氣體的平均比熱容等于平均溫度tm=(t1+t2)/2時(shí)的定壓比n個(gè)不同的平均溫度tmi下測(cè)出其定壓比熱A Co A Cpmit CA mi

tmi

C

pmi

t2mi

〔6〕( t )2n t2mi mitCB mi

nt Cmi

pmi 〔7〕( t )2n t2mi mi從而便可得到比熱容的試驗(yàn)關(guān)系式。三、試驗(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)流閥把握，氣體出口溫度由輸入電加熱器的電壓調(diào)整。2300℃以下氣體的定壓比熱容四、試驗(yàn)步驟411所示接好電源線(xiàn)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、留神取下流量計(jì)上的溫度計(jì)。開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)整流閥，使流量保持在預(yù)定值四周，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)整流量，使它保持在預(yù)定值四周。調(diào)整電壓，開(kāi)頭加熱〔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Q=12Δt/τQ為加熱功率，W；Δt為比熱容儀本體進(jìn)出口溫度差，℃；τ為每流過(guò)10S。4、待出口溫度穩(wěn)定后〔出口溫度在10分鐘內(nèi)無(wú)變化或有微小變化，即可視為穩(wěn)定，即可采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，需采集的數(shù)據(jù)有：每10升氣體通過(guò)流量計(jì)時(shí)所需的時(shí)間τS；2比熱容儀進(jìn)口溫度1與出口溫度t〔℃；2當(dāng)時(shí)大氣壓力mmH和流量計(jì)出口處的表壓力〔mm2O；電加熱器的電壓UV〕和電流〔A。5、轉(zhuǎn)變電壓，使出口溫度轉(zhuǎn)變并到達(dá)的預(yù)定值，重復(fù)步驟4，在允許的時(shí)間內(nèi)可多做幾次試驗(yàn)。將上述試驗(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、依據(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Ф，再?gòu)臐窨諝獾撵蕽駡D上查出濕空氣的含濕量dg/kg干空氣，計(jì)算出水蒸汽的容積成分wd/622wr 1d/622w2、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：PVM RR RTg a

)(Bh/13.6)133.320.01/

kg/s287(ta

273.15)4.645103(1r)(Bh/13.6)w (twa

273.15)4、水蒸汽流量為：5PVM ww RTw ar

)(Bh/13.6)133.320.01/461.5(t 273.15)a

kg/s2.889103(Bh/13.6)(t 273.15)a5、水蒸汽吸熱量為：Q M 2 (1.8440.0004886t)dtw w1

kJ/sM [1.884(tw 2

t)0.0002443(t21 2

t2)]16、干空氣吸熱量為：Q QQp w六、試驗(yàn)報(bào)告要求1、簡(jiǎn)述試驗(yàn)原理，簡(jiǎn)介試驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)并畫(huà)出簡(jiǎn)圖。2、報(bào)告中要有試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果。3、將試驗(yàn)結(jié)果表示在C

――t

的坐標(biāo)圖上，用〔6〕和〔7〕式確定pm mA、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)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析和爭(zhēng)論。七、留意事項(xiàng)1而損壞比熱容儀本體。2、輸入加熱器的電壓不得超過(guò)220伏，氣體出口最高溫度不得超過(guò)300℃。3聚降而損壞。4、停頓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先切斷電加熱器，讓風(fēng)機(jī)連續(xù)工作十五分鐘左右。試驗(yàn)二 空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定一、試驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)測(cè)量空氣絕熱指數(shù)的方法。2、通過(guò)試驗(yàn)，培育運(yùn)用熱力學(xué)根本理論處理實(shí)際問(wèn)題的力氣。63、通過(guò)試驗(yàn)，進(jìn)一步加深對(duì)剛性容器充氣、放氣現(xiàn)象的生疏。二、試驗(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。本試驗(yàn)利用定量氣體在絕熱膨脹過(guò)程和定容加熱過(guò)程中的變化規(guī)律來(lái)kP-v1AB為絕熱膨脹過(guò)程，BC為定容加熱過(guò)程。由于AB為絕熱過(guò)程，所以:ACBPVKPVK 〔1〕A A B VBC為定容過(guò)程，所以VB=VC。假設(shè)狀態(tài)A與C所處的溫度一樣，對(duì)于狀態(tài)A、C可得：PAVA=PCVC 〔2〕將〔2〕式兩邊k次方得：A A C 〔PV〕k=〔PV〕k 〔3〕比較1〔3A A C PK PK P PA CP PA B

A( A)kP PB C將上式兩邊取對(duì)數(shù)，可得：In(P/P)k In(PA

B/P)C

〔4〕A B A、B、CP、P、P，且將其代入〔4〕式，即可求得空氣的絕熱指數(shù)k。A B 7三、試驗(yàn)設(shè)備2所示。V P 試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器進(jìn)展充氣，至狀態(tài)A，由U形管差壓測(cè)得狀態(tài)A的表壓hA(mmH2O)3狀態(tài)AV P A A ACB B B A A A 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V，馬上關(guān)閉排氣閥，膨脹過(guò)程完畢。由于P=P〔大氣壓力，由于此過(guò)程進(jìn)展得格外快速，可無(wú)視過(guò)程的熱交換，因此可認(rèn)為此過(guò)程為定A〔PVTB〔P、V、T，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(guò)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)處于的平衡狀態(tài)C〔PC、VC、TCB B B A A A 化，此過(guò)程可認(rèn)為是定容加熱過(guò)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)A經(jīng)過(guò)絕熱膨脹過(guò)BCA、C所處的溫度同為環(huán)境溫1中所示的過(guò)程。爭(zhēng)論對(duì)象絕熱膨脹 定容加熱8 P V TA A A

P V TB B B

P V TC C C狀態(tài)A 狀態(tài)B 狀態(tài)C四、試驗(yàn)步驟1、試驗(yàn)前，認(rèn)真閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，了解試驗(yàn)原理。2、進(jìn)入試驗(yàn)室后，參考試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，比照實(shí)物生疏試驗(yàn)設(shè)備。3檢查裝置的氣密性。方法是：通過(guò)充氣閥對(duì)剛性容器充氣至狀態(tài)A，使hA=200(mmH2O)左右，過(guò)幾分鐘后觀看水柱的變化，假設(shè)不變化，說(shuō)明氣密性滿(mǎn)足要求，假設(shè)有變化，則說(shuō)明漏氣。此步驟確定要認(rèn)真，否則將給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大的誤差，同時(shí)讀出hA的值。4〔此時(shí)，恰到好處，試驗(yàn)操作者在試驗(yàn)正式開(kāi)頭前要多練習(xí)幾次。5U型管差壓計(jì)的讀數(shù)穩(wěn)定后，讀出hc〔5分鐘左右的時(shí)間。6中，并求k值。五、計(jì)算公式〔4〕針對(duì)我們的試驗(yàn)條件，現(xiàn)將〔4〕式進(jìn)展適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。設(shè)U型管差壓計(jì)的封液〔水〕的重度為r=9.×10〔N/m，試驗(yàn)時(shí)大氣壓力則為P13mmHO。因此，狀態(tài)A的壓力可表示為P=P+h，2 A a ABP=pCp=p+hB a c a c〔4〕式得：Ph hIn a P

In(1 A)Pk aP hIn a

hIn(1

a 〔5〕c)Pha c

Pha c試驗(yàn)中由于剛性容器的限制，一般取h≈200(mmHO)，且h<h，因aaAhc+p≈p，haaA

/P《1,(h

-h)/(p+h

AA)》1。A

2 c AaAca所以，依據(jù)近似的方法〕式可簡(jiǎn)化為：aAcaAaAk h /P hAaA

〔6〕(h hA

)/(Pa

h) h hc A c9這即為利用本試驗(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。一、試驗(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)的試驗(yàn)方法；2、測(cè)定試驗(yàn)材料(膨脹珍寶巖或空心微珠的粉末)在試驗(yàn)溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)；3、生疏熱電偶測(cè)溫、直流電位差計(jì)測(cè)熱電勢(shì)的原理和方法。二、試驗(yàn)原理試驗(yàn)時(shí)將粉末或散裝試驗(yàn)材料均勻地填滿(mǎn)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(guò)試驗(yàn)材料傳向大球，再由大球傳給空氣。試驗(yàn)中可保證大、小球壁的溫度均勻全都，因此在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加熱后，自小球向大球的傳熱可視為球10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：(1—1)移項(xiàng)后為

dr drQdrdt4r21 1 從小球到大球積分〔rdtw1 1 徑為r，直徑為d，壁溫為tw

〕有 Q2(tw1tw2)2 2 2

11〔1—2〕1 式中：d、d單位為1 1 tw、tw單位為℃Q1

d1 d2λ的單位為w/m.℃由上式得

Q(11)d1 d2

〔1—3〕2(tw1tw2)試驗(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twtw可由埋在大、1 2小球壁面上的各三對(duì)銅-康銅熱電偶測(cè)出；大球直徑d=160×10-3m，小球2直徑d=80×10-3m。測(cè)出這些數(shù)據(jù)后就可依據(jù)〔1－3〕式算出導(dǎo)熱系數(shù)值。1dd〔1－3〕式整理后可得λ的簡(jiǎn)潔算式：1 2三、試驗(yàn)裝置

0.9952

Q 〔1—4〕tw1tw211試驗(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(kāi)關(guān)、電位差計(jì)、功率表或電壓表與電流表、溝通穩(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(mǎn)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(kāi)關(guān)相連接，以便通過(guò)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)的電加熱器由溝通穩(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。電加熱器的輸入功率大小可由自偶變壓器調(diào)整，以轉(zhuǎn)變大、小球壁的溫度。四、試驗(yàn)步驟1線(xiàn)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12值〔該值由指導(dǎo)教師臨時(shí)告知。2〔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〔小球?yàn)?、?，大球?yàn)?6并記錄試驗(yàn)中功率表讀數(shù)或電流與電壓表讀數(shù)。4、切斷電源，完畢試驗(yàn)。試驗(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)定試驗(yàn)一、試驗(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、生疏空氣流速及管壁溫度的測(cè)量方法。二、試驗(yàn)原理1、空氣槽掠單管的平均對(duì)流換熱系數(shù)α的測(cè)定QA(twtf) Q (4-1)A(twtf)式中α――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――單管的外外表積，m2；A＝πDL，D為管子外徑〔單位為m，可選不同D的管子試驗(yàn)，LL=0.1m13tw,――管外壁溫度，℃tf,――空氣溫度，℃試驗(yàn)中只要測(cè)出電加熱器功率及管外壁溫度t 及空氣溫度t 即可按w f〔4－1〕式算出空氣槽掠單管時(shí)的平均對(duì)流換熱系數(shù)α。2、空氣橫掠單管時(shí)準(zhǔn)則方程式測(cè)定依據(jù)傳熱學(xué)教科書(shū)，強(qiáng)迫對(duì)流換熱準(zhǔn)則方程的一般形式為Nuf1(Re,Pr) (4-2)〔4－2〕Pr〔4－2〕式變?yōu)镹uf2(Re) (4-3)閱歷說(shuō)明〔4－3〕式可以寫(xiě)成指數(shù)形式，即NuCRen (4-4)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對(duì)〔4－4〕式兩邊取對(duì)數(shù)，得lnNulnCnlnRe(4-5)〔4－5〕lnNu-lnRenlnCC、n試驗(yàn)中轉(zhuǎn)變單管外徑D值或轉(zhuǎn)變空氣流速u(mài)值，每轉(zhuǎn)變一次得到一個(gè)雷諾數(shù)

uDRe空氣運(yùn)動(dòng)黏度v，同時(shí)得到一個(gè)αRev 14述方法測(cè)定，可算出一個(gè)Nu值NuD，空氣導(dǎo)熱系數(shù)λ值試驗(yàn)中為常數(shù)D值或vRNlnNu－lnRe得到一條直線(xiàn)，然后求出這條直線(xiàn)的斜率和截距就得到n、CC、n值的具體計(jì)算可有多種方法，本試驗(yàn)要求用最小二乘方法確定。三、試驗(yàn)裝置空氣橫掠單管對(duì)流換熱試驗(yàn)裝置試驗(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)整進(jìn)風(fēng)口面積以轉(zhuǎn)變空氣流速有機(jī)玻璃風(fēng)道內(nèi)，這樣就造成了空氣槽掠單管的流淌。試件為一薄壁不銹鋼圓管〔直流〕加熱，此熱量被橫掠試件的空氣帶走。加熱段ab長(zhǎng)度為L(zhǎng)=0.1m，試件外徑D對(duì)每組試驗(yàn)來(lái)講是固定不變的，但空氣流速可以通過(guò)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)15截面大小來(lái)調(diào)整。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)速下是一樣的。為確定試件壁溫t〔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E(tf,0)值，而由電位差計(jì)可測(cè)得熱電勢(shì)E(twtf)值，E(tw,0)值按下式算出：E(tw,0)E(tw,tf)E(tf,0)最終依據(jù)E(t ,0)值查熱電偶分度表得到t 值〔由于試件很薄，僅w w0.2～0.3mm，且內(nèi)壁絕熱，故查出的溫度值就是單管外壁溫度t 〕w橫掠單管的空氣流速由畢托管和傾斜傾壓計(jì)測(cè)出。p δd13 2L≈3d 〔8——10〕d畢托——靜壓管

p p01〔圖中20”表示〕和靜壓孔〔圖中3點(diǎn)〕列伯努利方程〔見(jiàn)圖42，有p0 u2

p u2Z0 0Z 由于z=Z，u =0，故有0 0

g 2gp 0 2

g 2g162pu 〔式中2pΔpHmm?？紤]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。本試驗(yàn)中斜壓0.2，故實(shí)際壓差高度為h=0.2H。壓差〔為水的密度。這樣空氣流速計(jì)算式變?yōu)?2gh/1000取水的密度=1000kg/m3 ，則上式最終變?yōu)?ghu2gh式中h,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)，試驗(yàn)裝置中設(shè)置了轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。四、試驗(yàn)步驟1、閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，生疏本試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置與測(cè)試儀表。2、將單管試件安裝在風(fēng)道中〔每試驗(yàn)小組單管直徑不變，Re的轉(zhuǎn)變通過(guò)轉(zhuǎn)變進(jìn)風(fēng)口的流通面積大小試驗(yàn)，試驗(yàn)中進(jìn)風(fēng)口面積轉(zhuǎn)變五次，也即可調(diào)五個(gè)空氣流速。3、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)〔即接通電源工況穩(wěn)定后進(jìn)展測(cè)量。4、用電位差計(jì)〔通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)〕測(cè)出試件的電壓降〔讀數(shù)為m。5、用電位差計(jì)〔通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)〕測(cè)出試件的工作電流〔讀數(shù)為mV。176用電位差〔通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)測(cè)出試件外表熱電偶的熱電勢(shì) 單位7、讀出傾斜微壓計(jì)的斜管液面長(zhǎng)度〔m。8、調(diào)整進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積，調(diào)好后重復(fù)4－79、試驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、最小二乘方法求C、n為書(shū)寫(xiě)便利起見(jiàn)，令〔4－5〕式中l(wèi)nNuylnRexlnCb,〔4－5〕式變?yōu)?/p>

ynXb (4-7)試驗(yàn)得到N組ReNu〕就有N組、將每一組y、xyi,xi(i=1~N)設(shè)每一次試驗(yàn)得到的yi值與按ynxib算出的y值之差為i i .( yi i iyiyyinxibiN2ii

Ni

2(yinxib)2在i1n

0, i1b

0 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 N N NnX2bX XY i i iii1 i1 i1 (4-8)iinNX NbNyiii1 i1因此只要算出

2,XiX

,XiX

,

yi,四個(gè)值，并代入〔4－8〕i1 i1 i1 i118式就可解出n、b值，然后由blnC 求出C值，這樣就求出了準(zhǔn)則方程的具體形式。說(shuō)明：1〕由于每個(gè)試驗(yàn)小組只測(cè)出五組〔Re、Nu〕數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的組數(shù)不夠，因此必需把本班另一試驗(yàn)小組的五組數(shù)據(jù)取來(lái)，然后由最小二乘方法求出C、n2〕C、nRe=4~40C=0.821n=0.385Re=40~4000C=0.615n=0.466Re=4000~40000C=0.174n=0.618Re=40000~250000C=0.0239n=0.80519試驗(yàn)三微元外表dA到有限外表A的角系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)1 2一、試驗(yàn)?zāi)康?2、把握角系數(shù)測(cè)量?jī)x(即機(jī)械式積分儀)的原理和使用方法；3dA1(水平放置)A2(A2為矩形、垂直放置)的角系數(shù)F 。dAA1 2二、圖解法求角系數(shù)原理FdAA

是dA1A2dA11 2為黑體，則d1放射的輻射能為db=dAE 〔Eb1為d1的輻射力；假設(shè)落A2上的dQ

b,dAA

,則有

1b11 2dQF b,dAAdAA

1 2dAE1 21 b1〔1〕dQ

b,dAA

可表示為dQb,dAA

1 2I CosdAb 1

d11 2 1(2)E式中：I ——dA的定向輻射強(qiáng)度，I b1b1 1

b1 d——A上的微元面積dAdA所張的立體角1 2 2 1dA1Cos——dA上所看到的放射面積(可見(jiàn)放射面積)1 2——dAdA的連線(xiàn)與dA的法線(xiàn)間夾角1 1 2 1(2)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20球面(1)dA1中心向dA2的交點(diǎn)形成的面積記為dAdA對(duì)dA所張的立體角也是d

s s 1 1dAsd，可用球面上的dAs1

來(lái)計(jì)算，結(jié)果是d 1

s代入(2)式得R2Eb

Cos

dAdA1dQ 1b,dAA

dA1 1

SER2

1 1 S1 2 1〔3〕圖1 角系數(shù)FdA1-A2圖解原理dA1中心到A2記為As，則有dQ E

CosdAdA1

E

Cos1dAb,dAA d

1 S

b 1A

s〔4〕

1 2 1 1s s(4)式中CosdAs正好是球面上的面積dAs在水平面上投影面積1spdA，于是(4)式可改為spdQ E

dA

dA AEsp Eb,dAA b 1 b 〔5〕

1 2 1 A 1sp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AF1dAA1

sp2R2221〔6〕(6)式便是圖解法求角系數(shù)的原理式。依據(jù)(6)式，圖解法求角系數(shù)FdAA

為球心作一個(gè)半徑為RdA1

中心向1 2A2周線(xiàn)上各點(diǎn)引直線(xiàn)，各直線(xiàn)在球面上截出的面積為As，最終將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)F 。dAA1 2上述推導(dǎo)中曾假定dA1〔6〕式對(duì)灰體也成立。

FA

的原理及方法1 2角系數(shù)測(cè)量?jī)x是依據(jù)圖解法原理測(cè)微元外表到有限外表角系數(shù)的機(jī)械SM—12。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構(gòu)造圖3為SM-1角系數(shù)測(cè)量?jī)x示意圖1垂直于水平面MN于B點(diǎn)。立桿可繞其軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)滑桿2旋轉(zhuǎn)。滑桿2通過(guò)兩根長(zhǎng)度皆為R的平行連桿a、b保持與MNa即是測(cè)量?jī)x的鏡筒，A點(diǎn)為假想的22球心(dA1)23CA2周線(xiàn)掃瞄2可以旋轉(zhuǎn)和上、下移動(dòng)(A2的水平周線(xiàn)局部掃瞄時(shí)，滑桿轉(zhuǎn)動(dòng)；對(duì)A2的垂直周線(xiàn)局部掃瞄時(shí)，滑桿上、下移動(dòng)，這時(shí)山立桿、滑桿、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〔馬上連桿放到最低位置，然后手握平衡塊使立柱旋轉(zhuǎn)360 ，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(guò)瞄準(zhǔn)鏡瞄準(zhǔn)A2的周線(xiàn)掃瞄一周(A2周線(xiàn)上的點(diǎn)要連成一線(xiàn))，這時(shí)記錄筆在白紙上畫(huà)出的面積就是Asp，測(cè)量出Asp和FdA1-A2(對(duì)A2周線(xiàn)掃瞄時(shí)，也可通過(guò)調(diào)整方位角和高度角進(jìn)展)。四、試驗(yàn)步驟1的一面朝上。在蓋板上貼上白紙，留意在蓋板的定位銅圈處白紙要開(kāi)一小孔以使定位銅圈露出。2位銅圈。233、將儀器箱體靠蓋板垂直放置(留意蓋板上的箭頭與箱體上箭頭對(duì)準(zhǔn))。2這時(shí)箱體上的a×b的矩形就是A。24、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(通過(guò)平衡塊來(lái)旋轉(zhuǎn))，使記錄筆在白紙上畫(huà)出半徑為R的圓。5、將記錄筆抬起，放松鎖緊旋鈕，調(diào)整方位角和凹凸角，瞄準(zhǔn)A2的周線(xiàn)進(jìn)展掃瞄操作練習(xí)(是直接手握平衡塊進(jìn)展)，練習(xí)到描瞄動(dòng)作嫻熟、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(xiàn)一圈，記錄筆這時(shí)在白紙上畫(huà)出的面積即是Asp。7AspR的尺寸，然AF1dAA1

sp2R22

系數(shù)。留意，對(duì)同一個(gè)A2

一般要測(cè)量假設(shè)干次，以求得平均角系數(shù)。8A2的尺寸a、b4中的尺寸C，按以下理論公式計(jì)算出角F

A

，并與測(cè)量的角系數(shù)值進(jìn)展比較。1 2F 1

y 1x2yx2y2dAA

2 y1 2

y2五、留意事項(xiàng)1轉(zhuǎn)變儀器的高度角，否則將損壞齒輪。2、每次描瞄完畢時(shí)應(yīng)馬上抬起記錄筆，以免弄臟記錄紙。24圖4 試驗(yàn)操作時(shí)儀器放置構(gòu)圖ThermodynamicsandHeattransferExperimentReport25熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(BelongtoPyrologyStaffRoom)Speciality Class Ordernumber Name 26]Ⅰ.Torecordthemeasuringdata.〔測(cè)量數(shù)據(jù)記錄〕thethermoemfofthethercl〕TheouterwallThemeasuringpointofthethermocouple123Themeanvaluesmallball熱電偶測(cè)點(diǎn)Thethermoemf(mV)平均值小球外壁面熱電勢(shì)(mV)TheinnerwallThemeasuringpointsurfaceoftheofthethermocouple456Themeanvaluebigball熱電偶測(cè)點(diǎn)平均值大球內(nèi)壁面Thethermo大球內(nèi)壁面Thethermoemf(mV)熱電勢(shì)(mV)電加熱器功率〔亦即傳熱量〕thecurrt流： I 〔〕thevolt壓降： V 〔〕thematerialoftheexpeit

料：Ⅱ.Datareduction〔數(shù)據(jù)整理〕Thetemperatureoftheouterwallofthesmallballt〔小球外壁溫度：

= oCThetemperatureoftheinnerwallofthebigballt〔大球內(nèi)壁溫度：w

= oCTheheattransferqtt：QIV wⅢ.Theresultoftheexperiment

〔計(jì)算結(jié)果〕0.9952 Q w/moCt tw1 w22.whencompareitwiththe與理論值相比較結(jié)果是：

ultis:試驗(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)定試驗(yàn)報(bào)告〔測(cè)量數(shù)據(jù)記錄〕Ⅰ.Torecordthemeasuringdata.〔測(cè)量數(shù)據(jù)記錄〕thesizeof

d寸〕theouterdiae：D= m,theeffectiveg度：L=0.1m.theareaofdissai積：ADL 2.theatmospherictemperaturethecorrespondingthermoemf

：E(t

,0)= mV,〔大氣溫度對(duì)應(yīng)熱電勢(shì)〕ftheatmospheredensity(werefertotf

tablefrom大氣密度〔tf查表得〕 kg/m3.themeasuredvalueineveryoperationcondition. 〔各工況實(shí)測(cè)數(shù)值〕斜壓計(jì)讀斜壓計(jì)讀工測(cè)工作電壓時(shí)電位差計(jì)讀數(shù)測(cè)工作電流時(shí)電位差計(jì)讀數(shù)過(guò)余溫差熱電勢(shì)E(t ,tw f)HVA況 (mV)(mV)(mV)(mm)12345]TheoperationconiiTheoperationconiin〕Theaircurrentkineticprsse0.2H(mO)〔〕12345The velocity of the air currentu29.81h(m/s)〔〕Theheating工作I(V×2(A)quantityQm×0.201(V)QQ=IV(W)ThewallteMperatureww ffofthemodeltTheThequalitativetetptte)/2m w f〔〕導(dǎo)熱系數(shù)〔用tm查表得〕(w/C)Thekinematicviscosity運(yùn)動(dòng)黏度〔用tm查表得〕(m2/s)Theheattransfercoefficint換熱系數(shù)〕Q/A(t t )(w/m2oC)w fNu–number努謝爾特?cái)?shù)NuD/ylnNuy1=y2=y3=y4=y5=xlnRex1=x2=x3=x4=x5=10i1x2i;10i1y2i;10i1xi;10i1xyi i;ⅢTheresultoftheexperiment〔試驗(yàn)結(jié)果〕fro〔依據(jù)〕 (x)(y)10(xy)n10

x2b10

10xy

n i i i i i i

i i

(x)210(x2)i1 i1 i1 i

i n10

x10b

10 y

b (xy)( x)( y)( x2) i i i i iii1

i i1

(x)210(x2)i inweget〔解出得〕n

(blnC)wegettheguidelineequationi〔得出的準(zhǔn)則方程是：注：1〕55種工況的x，Y值求和，故上述求i=1~10.Theotherfivegroupdatafromothergroupsx1x2x3x4x5y1y2y3y4y5Re1Re2Re3Re4Re52).ThereferencenumbersofC,nare〔C,n參考值〕Re=4~40C=0.821n=0.385Re=40~4000C=0.615n=0.466Re=4000~40000C=0.174n=0.618Re=40000~250000C=0.0239n=0.805試驗(yàn)三 微圓外表dA1到有限外表A2的角系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)報(bào)告Ⅰ.Torecordthemeasuringdata.〔測(cè)量數(shù)據(jù)記錄〕平均值TheradiusRofthecircleinthewhitepaper(mm)測(cè)量白紙上圓的半徑R(mm)thedataofmeasuringtheanglefactor〔平均值TheradiusRofthecircleinthewhitepaper(mm)測(cè)量白紙上圓的半徑R(mm)TheareapwhichismeasuredbytheplanimeehestThe2dThe3rdThemean求積儀測(cè)出的面積Asp(mm2) 第一次其次次第三次valuethedataofcalculatingtheanglefacto〔〕〔試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)圖中、、c尺寸：a= mm； b= mm, c= mm.xa= ; yc= .b bA.Datareductionandtheresultoftheeeiet及結(jié)果〕AF

sp