《工程熱力學(xué)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書工程熱物理教研室編華北電力大學(xué)（北京）二00六年十月前言實(shí)驗(yàn)總體目標(biāo)通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫乩斫夤こ虩崃W(xué)的一些現(xiàn)象和結(jié)論。學(xué)習(xí)一些實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。⒉適用專業(yè)熱能與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、核科學(xué)與核工程⒊先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理⒋實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二二氧化碳綜合實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)三空氣在噴管內(nèi)流動(dòng)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)四飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)選做⒌實(shí)驗(yàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室環(huán)境干凈整潔，水電齊全，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的要求。在醒目的地方有實(shí)驗(yàn)原理的說(shuō)明，便于教師講解和學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的步驟。⒍實(shí)驗(yàn)總體要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生更好地理解工程熱力學(xué)的一些基本原理。指導(dǎo)教師要提前做好準(zhǔn)備，提高實(shí)驗(yàn)的效率。學(xué)生要提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求（特別是注意事項(xiàng)），以免發(fā)生危險(xiǎn)和損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。按指導(dǎo)教師的要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時(shí)上交。⒎本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法建議本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)、二氧化碳?jí)嚎s綜合實(shí)驗(yàn)和噴管實(shí)驗(yàn)，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)都是綜合性實(shí)驗(yàn)，涉及到水浴的使用，真空泵的使用，表壓力及真空度和絕對(duì)壓力的關(guān)系，等等，需要大家對(duì)工程熱力學(xué)的基本內(nèi)容有清楚的了解。難點(diǎn)是在臨界溫度下定溫壓縮二氧化碳時(shí)不好把握，繪出來(lái)的圖和理想壓縮有較大的差別，另外，如何通過(guò)間接方法求出二氧化碳的比體積也有一些技巧。教學(xué)方法：學(xué)生提前預(yù)習(xí)，做實(shí)驗(yàn)之前老師提問(wèn)；學(xué)生仔細(xì)觀察指導(dǎo)教師的演示；實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生開放，一次沒(méi)有做成功，或者想更好地掌握實(shí)驗(yàn)技巧的學(xué)生，可以跟指導(dǎo)教師預(yù)約時(shí)間另做。目錄實(shí)驗(yàn)一、氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)………………3實(shí)驗(yàn)二二氧化碳綜合實(shí)驗(yàn)………………7實(shí)驗(yàn)三空氣在噴管內(nèi)流動(dòng)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)四飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)………………11………………實(shí)驗(yàn)一氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈿怏w比熱容測(cè)定裝置的基本原理和構(gòu)思。熟悉本實(shí)驗(yàn)中測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)熱、測(cè)流量的方法。掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和比熱公式的方法。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)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備和儀器儀表由風(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。裝置中采用濕式流量計(jì)測(cè)定氣流流量，氣流流量用調(diào)節(jié)閥1調(diào)整。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。圖1-1測(cè)定空氣定壓比熱容的全套裝置系統(tǒng)1-調(diào)節(jié)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)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。氣體自進(jìn)口管引入，進(jìn)口溫度計(jì)1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。圖2-2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)四、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式，對(duì)可逆過(guò)程有：（1-1）定壓時(shí)（1-2）此式直接由的定義導(dǎo)出，故適用于一切工質(zhì)。在沒(méi)有對(duì)外界作功的氣體的等壓流動(dòng)過(guò)程中：（1-3）則氣體的定壓比熱容可以表示為：kJ/kg?℃（1-4）式中：——?dú)怏w的質(zhì)量流量，kg/s；——?dú)怏w在等壓流動(dòng)過(guò)程中的吸熱量，kJ/s。由于比熱隨溫度的升高而增大，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：（1-5）則溫度由至的過(guò)程中所需要的熱量可表示為：（1-6）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（2-8）計(jì)算，其中，，則水蒸氣的吸熱量為：=kJ/s（1-7）式中：——?dú)饬髦兴魵赓|(zhì)量，kg/s。則干空氣的平均定壓比熱容由下式確定：（1-8）式中：——濕空氣的質(zhì)量流量，kg/s；——為干空氣氣流的吸熱量；——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），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)，每次的散熱量應(yīng)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?℃（1-9）五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求1.接通電源及測(cè)量?jī)x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(guò)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分鐘之內(nèi)無(wú)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(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)裝置空氣流量：（m3/h）（1-10）式中：——每10升空氣流過(guò)所需時(shí)間，s；將各量代入式（2-18）并統(tǒng)一單位可以得出干空氣質(zhì)量流量的計(jì)算式：kg/h（1-11）7.水蒸氣的流量：將各量代入式（2-16）并統(tǒng)一單位可以得出水蒸氣質(zhì)量流量的計(jì)算式：kg/h（1-12）六、注意事項(xiàng)1、切勿在無(wú)氣流通過(guò)的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過(guò)熱而損壞比熱儀主體。2、輸入電熱器的電壓不得超過(guò)220V，氣流出口最高溫度不得超過(guò)300℃。3、加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止溫度計(jì)和比熱儀主體因溫度驟升和驟降而破裂。4、停止實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先切斷電熱器。讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行十五分鐘左右（溫度較低時(shí)可適當(dāng)縮短）。七、思考題怎樣判斷氣體的流動(dòng)已經(jīng)穩(wěn)定了？停止實(shí)驗(yàn)后，為什么還要讓風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間？如果不考慮水蒸氣的影響，將會(huì)有什么樣的結(jié)果？如果要測(cè)量不同加熱溫度的平均比熱容，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？怎樣減少測(cè)量誤差？

實(shí)驗(yàn)二二氧化碳綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）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）加深對(duì)課堂所講的工質(zhì)的熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。

（3）學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)、恒溫器等部分熱工儀器的正確使用方法。（4）加深對(duì)實(shí)際氣體屬性的理解，增加實(shí)際氣體熱物性研究方面的感性認(rèn)識(shí)；

（5）掌握CO2的關(guān)系的測(cè)定方法并學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧；

二、實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及儀表有實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩，恒溫器，壓力臺(tái)等三大部分組成。如圖2-1所示。壓縮室本體如圖2-2所示.圖2-1CO2實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖1-實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體；2-活塞式壓力計(jì)；3-恒溫器圖2-2實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體示意圖1-高壓容器；2-玻璃杯；3-壓力油；4-水銀；5-密封填料；6-填料壓蓋7-恒溫水套；8-承壓玻璃管；9-二氧化碳空間；10-溫度計(jì)四、實(shí)驗(yàn)原理(1).當(dāng)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)壓力、溫度和比體積之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，有：（2-1）或者（2-2）當(dāng)溫度維持不變時(shí)，測(cè)定與不同壓力所對(duì)應(yīng)的比體積數(shù)值，從而可獲得等溫線的數(shù)據(jù)。1873年范德瓦爾對(duì)理想氣體狀態(tài)方程作了相應(yīng)修正，提出下列實(shí)際氣體狀態(tài)方程：（2-3）或者-（2-4）式中，與是各種氣體所特有的，數(shù)值為正的常數(shù)，稱為范德瓦爾常數(shù)。范德瓦爾方程是比體積的三次方程，在圖上以一簇等溫線表示，在臨界溫度以上一個(gè)壓力相對(duì)應(yīng)只有一個(gè)值，即只有一個(gè)實(shí)根，在臨界溫度以下與一個(gè)壓力值對(duì)應(yīng)的有三個(gè)值，在這三個(gè)實(shí)根中，最小值是飽和液體比體積，最大值是飽和蒸汽的比體積，中間值沒(méi)有物理意義。得到三個(gè)相等實(shí)根的等溫線上的點(diǎn)為臨界點(diǎn)，方程可得臨界溫度等溫線拐點(diǎn)，滿足下述條件：（）=0和（）=0（2-5）本實(shí)驗(yàn)根據(jù)范德瓦爾方程，采用等溫的方法來(lái)測(cè)定二氧化碳之間的關(guān)系，從而找出實(shí)際氣體二氧化碳的關(guān)系。(2).實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來(lái)的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯的上部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了二氧化碳?xì)怏w的承壓玻璃管。二氧化碳?xì)怏w被壓縮，其壓力和容積通過(guò)壓力臺(tái)上的活塞螺桿的進(jìn)、退來(lái)調(diào)節(jié)，溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)。(3).實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出。比體積通過(guò)CO2的高度來(lái)用間接方法度量。（4）維持溫度不變，測(cè)定比體積與壓力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，就可得到等溫線的數(shù)據(jù)。在不同溫度下對(duì)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮，將此過(guò)程畫在p—v圖上，可得到的二氧化碳p―v―T關(guān)系曲線。當(dāng)溫度低于臨界溫度tc時(shí)，該二氧化碳實(shí)際氣體的等溫線有氣液相變的直線段。隨著溫度的升高，相變過(guò)程的直線段逐漸縮短。當(dāng)溫度增加到臨界溫度時(shí)，飽和液體和飽和氣體之間的界限已完全消失，呈現(xiàn)出模糊狀態(tài)，稱為臨界狀態(tài)。二氧化碳的臨界壓力pcr為7.38MPa，臨界溫度tcr為31.1℃。在p―v圖上，臨界溫度等溫線在臨界點(diǎn)上既是駐點(diǎn)，又是拐點(diǎn)。臨界溫度以上的等溫線也具有拐點(diǎn)，直到48.1℃才成為均勻的曲線。（5）利用質(zhì)面比常數(shù)值間接測(cè)量二氧化碳的比體積由于充進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳的質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中是采用間接的方法來(lái)確定二氧化碳的比體積，認(rèn)為二氧化碳的比體積與其高度是一種線性關(guān)系，具體如下方法：已知二氧化碳液體在℃，100at時(shí)的比體積：m3/kg（2-6）如前操作實(shí)地測(cè)出本實(shí)驗(yàn)臺(tái)二氧化碳液體在℃，100at的二氧化碳液柱高度（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）由式（2-6）可知m3/kg（2-7）則==kg/m3（2-8）那么在任意壓力、溫度下的二氧化碳的比體積為==m3/kg（2-9）式中：=；——任意壓力、溫度下的水銀柱高度；——承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求1．測(cè)定低于臨界溫度℃時(shí)的等溫線1）使用恒溫器調(diào)定℃并要保持恒溫。2）壓力記錄從4.5MPa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀升起來(lái)后，應(yīng)足夠緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)活塞螺桿，以保證定溫條件，否則來(lái)不及平衡，讀數(shù)不準(zhǔn)。3）按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取值直至壓力10MPa。4）注意加壓后二氧化碳的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，液化與汽化等現(xiàn)象，要將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與觀察到的現(xiàn)象一并填入表2.1。5）測(cè)定℃，℃時(shí)，其飽和壓力和飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2．測(cè)定臨界等溫線與臨界參數(shù)，觀察臨界現(xiàn)象測(cè)出臨界等溫線，并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力與臨界溫度，并將數(shù)據(jù)填入表2.1。1）臨界乳光現(xiàn)象

將水溫加熱到臨界溫度（31.1℃）并保持溫度不變，搖進(jìn)壓力臺(tái)上的活塞螺桿使壓力升至上7.8MPa附近出，然后搖退活塞螺桿（注意勿使實(shí)驗(yàn)本體晃動(dòng)）降壓，在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)園錐狀的乳白色的閃光現(xiàn)象，這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于二氧化碳分子受重力場(chǎng)作用沿高度分布不均和光的散射所造成的，可以反復(fù)幾次，來(lái)觀察這一現(xiàn)象。

2）整體相變現(xiàn)象

由于在臨界點(diǎn)時(shí)，氣化潛熱等于零，飽和氣相線和飽和液相線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)氣液的相互轉(zhuǎn)化不是像臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為一個(gè)漸變的過(guò)程，而這時(shí)當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，氣、液是以突變的形式互相轉(zhuǎn)化的。

3）汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象

處于臨界點(diǎn)的二氧化碳具有共同的參數(shù)()，因而僅憑參數(shù)是不能區(qū)分此時(shí)二氧化碳是氣體還是液體，如果說(shuō)它是氣體，那么這個(gè)氣體是接近了液態(tài)的氣體，如果說(shuō)它是液體，那么這個(gè)液體是接近了氣態(tài)的液體。下面就用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)是處于臨界溫度下，如果按等溫線過(guò)程進(jìn)行來(lái)使二氧化碳?jí)嚎s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(guò)程來(lái)進(jìn)行。首先在壓力等于78at附近，突然降壓，二氧化碳狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液態(tài)區(qū)，管內(nèi)二氧化碳出現(xiàn)了明顯的液面，這就說(shuō)明，如果這時(shí)管內(nèi)二氧化碳是氣體的話，那么這種氣體離液區(qū)很接近可以說(shuō)是接近了液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮二氧化碳時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了，這就告訴我們，此時(shí)的二氧化碳液體離氣區(qū)也是非常近的，可以說(shuō)是接近了氣態(tài)的液體。既然此時(shí)的二氧化碳既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以，只能處于臨界點(diǎn)附近?？梢哉f(shuō)，臨界狀態(tài)究竟如何，是飽和汽、液分不清。這就是臨界點(diǎn)附近飽和汽液模糊不清的現(xiàn)象。3．測(cè)定高于臨界溫度℃時(shí)的等溫線，并將數(shù)據(jù)填入表2.1中。表2.1二氧化碳等溫實(shí)驗(yàn)原始記錄℃℃℃(at)現(xiàn)象(at)現(xiàn)象(at)現(xiàn)象455060708090100做出各條等溫線所需時(shí)間分鐘分鐘分鐘表2.2臨界比體積(m3/kg)標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)驗(yàn)值0.00216（4）繪制等溫線與比較a）按表（2.1）的數(shù)據(jù)仿圖2.3再繪出三條等溫線。b）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線與圖2.3所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較，并分析其中的差異及原因。c）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)值與圖2.4繪出的曲線相比較。d）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的臨界比體積與理論計(jì)算值一并填入表2.2，并分析其中差異及原因。圖2-3標(biāo)準(zhǔn)曲線圖2.4CO2飽和溫度與飽和壓力六、注意事項(xiàng)(1)做各條等溫線時(shí)，實(shí)驗(yàn)溫度不要超過(guò)50℃，實(shí)驗(yàn)壓力不要超過(guò)100MPa。一般壓力間隔可取0.2～0.5MPa，但是在接近飽和狀態(tài)與臨界狀態(tài)時(shí)，壓力間隔應(yīng)取0.05MPa。。

(2)恒溫水流量應(yīng)足夠大，使水套進(jìn)、出口的水溫盡可能接近相同。

(3)實(shí)驗(yàn)中讀取h時(shí)，水銀柱液面高度的讀取要注意，應(yīng)使視線與水銀柱半圓形液面的中間一齊。

(4)不要在氣體被壓縮情況下打開油杯閥門，致使二氧化碳突然膨脹而逸出玻璃管，水銀則被沖出玻璃杯。如要卸壓，應(yīng)慢慢退出活塞桿使壓力逐漸下降，執(zhí)行升壓過(guò)程的逆程序。

(5)為達(dá)到二氧化碳的定溫壓縮和定溫膨脹，除保持流過(guò)恒溫水套的水溫恒定外，還要求壓縮和膨脹過(guò)程進(jìn)行得足夠緩慢，以免玻璃管內(nèi)二氧化碳溫度偏離管外恒溫水套的水溫。

(6)如果玻璃管外壁或水套內(nèi)壁附著小氣泡，妨礙觀測(cè)，可通過(guò)放充水套中的水，將氣泡沖掉。操作和觀測(cè)時(shí)要格外小心，不要碰到實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體，以免損壞承壓玻璃管及恒溫水套。七、思考題1．實(shí)驗(yàn)中為什么要保持加壓（或降壓）過(guò)程緩慢進(jìn)行？2．實(shí)驗(yàn)中是如何間接測(cè)量CO2的比體積的？

實(shí)驗(yàn)三空氣在噴管內(nèi)流動(dòng)性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）鞏固和驗(yàn)證有關(guān)氣體在噴管內(nèi)流動(dòng)的基本理論，掌握氣流在噴管中流速、流量、壓力的變化規(guī)律，加深臨界狀態(tài)參數(shù)、背壓、出口壓力等基本概念的理解。（2）測(cè)定不同工況（>,,）下，氣流在噴管內(nèi)流量的變化，繪制曲線；分析比較的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值；確定臨界壓力。（3）測(cè)定不同工況時(shí)，氣流沿噴管各截面（軸相位置X）的壓力變化情況，繪制關(guān)系曲線，分析比較臨界壓力的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值。二、實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)本體、真空泵及測(cè)試儀表等組成。其中實(shí)驗(yàn)本體由進(jìn)氣管段，噴管實(shí)驗(yàn)段（漸縮噴管與漸縮漸擴(kuò)噴管各一），真空罐及支架等組成，實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖見圖3.1，采用真空泵作為氣源設(shè)備，裝在噴管的排氣側(cè)。噴管入口的氣體狀態(tài)用測(cè)壓計(jì)6和溫度計(jì)7測(cè)量。氣體流量用風(fēng)道上的孔板流量計(jì)2測(cè)量。噴管排氣管道中的壓力p2用真空表11測(cè)量。轉(zhuǎn)動(dòng)探針移動(dòng)機(jī)構(gòu)4的手輪，可以移動(dòng)探針測(cè)壓孔的位置，測(cè)量的壓力值由真空表12讀取。實(shí)驗(yàn)中要求噴管的入口壓力保持不變。風(fēng)道上安裝的調(diào)節(jié)閥門3，可根據(jù)流量增大或減小時(shí)孔板壓差的變化適當(dāng)開大或關(guān)小調(diào)節(jié)閥。應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)，使實(shí)驗(yàn)段1前的管道中的壓力維持在實(shí)驗(yàn)選定的數(shù)值。噴管排氣管道中的壓力p2由調(diào)節(jié)閥門3控制，真空罐13起穩(wěn)定排氣管壓力的作用。當(dāng)真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣由實(shí)驗(yàn)本體的吸氣口進(jìn)入并依次通過(guò)進(jìn)氣管段，孔板流量計(jì)，噴管實(shí)驗(yàn)段然后排到室外。噴管各截面上的壓力采用探針測(cè)量，如圖3.2所示，探針可以沿噴管的軸線移動(dòng)，具體的壓力測(cè)量是這樣的：用一根直徑為1.2mm的不銹鋼制的探針貫通噴管，起右端與真空表相通，左端為自由端（其端部開口用密封膠封死），在接近左端端部處有一個(gè)0.5mm的引壓孔。顯然真空表上顯示的數(shù)值應(yīng)該是引壓孔所在截面的壓力，若移動(dòng)探針（實(shí)際上是移動(dòng)引壓孔）則可確定噴管內(nèi)各截面的壓力。圖3-2探針測(cè)壓簡(jiǎn)圖1-管道；2-噴管；3-探針；4-測(cè)壓孔；5-測(cè)量噴管各截面壓力的壓力表；6-測(cè)量噴管入口壓力的壓力表；7-測(cè)量噴管排氣管道壓力的壓力表圖3-1噴管實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖圖3-1噴管實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖實(shí)驗(yàn)段（噴管）；2-孔板；3-調(diào)節(jié)閥；4-探針移動(dòng)機(jī)構(gòu)；5-孔板流量計(jì)；6-噴管入口壓差計(jì)；7-水銀溫度計(jì)；8-調(diào)節(jié)閥；9-真空泵；10-風(fēng)道；11-背壓真空表；12-與探針相通的真空表；13-真空罐四、實(shí)驗(yàn)原理1、漸縮噴管氣體在漸縮噴管內(nèi)絕熱流動(dòng)的最大膨脹程度取決于臨界壓力比：（3-1）臨界壓力比只和氣體的等熵指數(shù)k有關(guān)，對(duì)于空氣，k＝1.4，。式中的pcr即為氣體在漸縮噴管中膨脹所能達(dá)到的最低壓力，稱為臨界壓力。氣體漸縮噴管中的膨脹情況如圖3－3所示。（a）漸縮噴管中氣體分布示意圖（b）漸縮噴管流量曲線圖3－3氣體漸縮噴管中的膨脹情況2、縮放形噴管氣體流經(jīng)縮放形噴管時(shí)完全膨脹的程度決定于噴管的出口截面積A2與噴管中的最小截面積Amin的比值。噴管在不同背壓條件下工作時(shí)，壓力分布如圖3－4所示。圖3－4縮放噴管中氣體壓力布示意圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求1．裝上所需的噴管，將“坐標(biāo)校準(zhǔn)器”調(diào)好，即使指針對(duì)準(zhǔn)“位移坐標(biāo)板”零刻度時(shí)，探針的測(cè)壓孔正好在噴管的入口處。2．開罐前的調(diào)節(jié)閥，將真空泵的飛輪盤車1-2轉(zhuǎn)，一切正常后，打開罐后調(diào)節(jié)閥，打開冷卻水閥門，而后啟動(dòng)真空泵。3．測(cè)量噴管軸向壓力分布情況（1）用罐前調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)背壓（）至一定值（見真空表的讀數(shù)），并記下該數(shù)值。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使測(cè)壓探針由入口向出口方向移動(dòng)，每移動(dòng)一定的距離（一般為5mm）便停頓一下，記下該測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置及相應(yīng)的壓力值，一直測(cè)至噴管出口之外，于是便得到一條在這一背壓下的噴管的壓力分布曲線。4．測(cè)量噴管流量變化情況：（1）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使測(cè)壓探針引壓孔移至噴管的出口截面之外，打開罐后調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉罐前調(diào)節(jié)閥，而后啟動(dòng)真空泵。（2）用罐前調(diào)節(jié)閥改變背壓值，使背壓值每變化MPa左右便停頓一下，同時(shí)將背壓值和型管壓差計(jì)的差值記錄下來(lái)，以便代入流量公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)背壓為某一值時(shí)型管壓差計(jì)的的液柱便不再變化（即流量已達(dá)到最大值）此后盡管不斷地降低背壓，但是型管壓差計(jì)的的液柱高度仍保持不變，這時(shí)再測(cè)2~3個(gè)值即可，到此為止，流量測(cè)量完成。5．開罐前調(diào)節(jié)閥,關(guān)閉罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空罐充氣；3分鐘后關(guān)閉真空泵，立即打開罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空泵充氣（防止回油）；最后關(guān)閉冷卻水閥門。SHAPE6．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄噴管尺寸見圖紙，圖3-5。（a）漸縮噴管結(jié)構(gòu)圖（b）漸縮漸擴(kuò)噴管結(jié)構(gòu)圖圖3-5噴管尺寸2）噴管入口溫度，入口壓力。入口溫度為室溫。由于在進(jìn)氣管中裝有測(cè)流量孔板，氣流流過(guò)孔板將有壓力損失。將略低于大氣壓力，流量越大，低得越多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)測(cè)，可由下式確定入口壓力：△（3-2）式中：△P——孔板流量計(jì)U型管壓差，若U型管壓差計(jì)讀數(shù)為△mmH2O柱高，大氣壓力計(jì)讀數(shù)為mbar則：=-0.97×0.0981mbar=-0.095mbar（3-3）3）孔板流量計(jì)計(jì)算公式：kg/s（3-4）式中：——流束膨脹系數(shù)，ε=1-2.873×10-2△/；——?dú)鈶B(tài)修正系數(shù)，；γ——幾何修正系數(shù)，此處取1；——大氣壓力計(jì)讀數(shù)，mbar；——室溫，℃△——U型管壓差計(jì)讀數(shù)，mm水柱。4）噴管的一個(gè)重要特征參數(shù)—臨界壓力=0.528在真空表上的讀數(shù)：(真空度)=-=-0.528(-0.095△)，mbar(真空度)=0.472+0.05△，mbar折算為mm汞柱：(真空度)=3.54+0.375△，mm汞柱（3-5）式中：——大氣壓力計(jì)讀數(shù)，mbar△——U型管壓差計(jì)讀數(shù)，mm水柱4)噴管流量的理論計(jì)算值:在穩(wěn)定流動(dòng)中，任何截面上的質(zhì)量均相等，流量大小可由下式確定：（3-6）式中：——絕熱指數(shù)；——出口截面積，m2；——分別表示進(jìn)、出口截面氣體的比體積，m3/kg；——分別表示進(jìn)、出口截面上氣體的壓力，Pa。當(dāng)出口截面壓力等于臨界壓力，即：===0.528則對(duì)于空氣，代入，287.1J/kg?℃。（3-7）5）臨界壓力的理論計(jì)算值：=0.528=0.528(-0.095△)=0.528-0.05△mbar（3-8）7．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表表3.1流量——壓力比數(shù)據(jù)表格（）m（×10-3kg/s）PV（KPa）Pb=P1-PV（MPa）Pb/P1表3.2位移——壓力比數(shù)據(jù)表格（）（1）超臨界工況：PV=MPaPb=P1-PV=MPax（mm）PV（KPa）Px=P1-PV（MPa）Px/P1（2）臨界工況：PV=MPaPb=P1-PV=MPax（mm）PV（KPa）Px=P1-PV（MPa）Px/P1（3）壓臨界工況：PV=MPaPb=P1-PV=MPax（mm）PV（KPa）Px=P1-PV（MPa）Px/P1六、注意事項(xiàng)（1）啟動(dòng)真空泵前，對(duì)真空泵傳動(dòng)系統(tǒng)，油路，水路進(jìn)行檢查，檢查無(wú)誤后，打開背壓調(diào)節(jié)閥，用手轉(zhuǎn)動(dòng)真空泵飛輪一周，去掉汽缸內(nèi)過(guò)量的油氣，啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）由于測(cè)壓探針內(nèi)徑較小，測(cè)壓時(shí)滯現(xiàn)象比較