汽轮机、锅炉实验指导书

1、实验12 空气在喷管中流动特性的测定一、实验目的1、 验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，牢固树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念；2、 比较熟练地掌握用常规、计算机数据采集仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法。3、 重要概念1的理解：应明确在渐缩喷管中，其出口处的压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量。4、 重要概念2的理解：应明确在缩放喷管中，其出口处的压力可以低于临界压力，流速可高于音速，而流量不可能大于最大流量。5、 应对喷管中气流的实际复杂过程有所了解，能定性解释激波产生的原因二、实验原理1、喷管中气流的基本规律（1）截面积不变，

2、改变进出口的压差力学条件 可见，当气体流经喷管速度增加时，压力必然下降；如压力升高，则流速必降低。（2）固定压差，改变进出口截面面积几何条件 当（亚声速流动）时，要想增加流速，喷管应为渐缩型；当（超声速流动）时，要想增加流速，喷管应为渐扩型；对于气流有亚声速连续增加至超声速时，喷管要做成渐缩渐扩型（缩放喷管）2、气体流动的临界概念喷管气流的特征是，三者之间互相制约。当某一截面的流速达到当地音速（亦称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力（）。临界压力与喷管初压（）之比称为临界压力比，有：经推导可得： (3)对于空气，当渐缩喷管出口处气流速度达到音速，或缩放喷管喉部气流速度达到音速时，通过喷管

3、的气体流量便达到了最大值（），或称为临界流量。可由下式确定： (4)式中：最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流道截面积；对于缩放喷管即为喉部处的流道截面积）。3、气体在喷管中的流动 （1）渐缩喷管渐缩喷管因受几何条件的限制，由式（2）可知：气体流速只能等于或低于音速；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（）。根据不同的背压（）， 渐缩喷管可分为三种工况： A亚临界工况（），此时，B临界工况（），此时，C超临界工况（），此时，流量：（2）缩放喷管缩放管的喉部，因此气流可以达到音速；渐扩段（），出口截面的流速可超音速,但因喉部几何尺寸的限制， 其流量的最

4、大值仍为最大流量。缩放喷管随工作背压不同，亦可分为三种情况：A背压等于原出口截面设计压力（）时，称为设计工况。此时气流在喷管中能完全膨胀，出口截面的压力与背压相等（），在喷管喉部，压力达到临界压力，速度达到音速。在扩大段转入超音速流动，流量达到最大流量。B背压低于原出口截面设计压力（）时，气流在喷管内仍膨胀到设计压力。当气流一离开出口截面便与周围介质汇合，其压力立即降至实际背压值，流量仍为最大流量。C背压高于原出口截面设计压力（）时，气流在喷管内膨胀过渡，其压力低于背压，以至于气流在未达到出口截面处便被压缩，导致压力突然升跃（即产生激波），在出口截面处，其压力达到背压。激波产生的位置随着背压的

5、升高而向喷管入口方向移动，激波在未达到喉部之前，其喉部的压力仍保持临界压力，流量仍为最大流量。当背压升高到某一值时，将脱离临界状态，其流量低于最大流量。图1喷管实验台1.进气管 2. 空气吸气口 3. 孔板流量计 4. U形管压差计 5. 喷管 6.三轮支架 7. 测压探压针 8.可移动真空表 9. 手轮螺杆机构 10. 背压真空表 11. 背压用调节阀12. 真空罐13. 软管接头三、实验装置整个实验装置包括实验台、真空泵。实验台由进气管、孔板流量计、喷管、测压探针真空表及其移动机构、调节阀、真空罐等几部分组成，见图1。 进气管（1）为573.5无缝钢管，内径50。.空气吸气口（2）进入进气

6、管，流过孔板流量计（3）。孔板孔径7，采用角接环室取压。流量的大小可从U形管压差计（4）读出。喷管（5）用有机玻璃制成。配给渐缩喷管和缩放喷管各一只，见图2、3。根据实验的要求，可松开夹持法兰上的固紧螺丝，向左推开进气管的三轮支架（6），更换所需的喷管。喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探压针（7）（外径1.2）连至“可移动真空表”（8）测得，它们的移动通过手轮螺杆机构（9）实现。由于喷管是透明的，测压探针上的测压孔（0.5）在喷管内的位置可从喷管外部看出，也可从装在“可移动真空表”下方的针在“喷管轴向坐标板”（在图中未画出）上所指的位置来确定。喷管的排气管上还装有“背压真空表”背压用调节

7、阀（11）调节。真空罐（12）直径400，起稳定压的作用。罐的底部有排污口，供必要时排除积水和污物之用。为减小震动，真空罐与真空泵之间用软管（13）连接。在实验中必须测量四个变量，即测压孔在喷管内的不同截面位置x、气流在该截面上的压力p、背压pb、流量m，这些量可分别用位移指针的位置、可移动真空表、背压真空表以及U形管压差计的读数来显示。本实验台配套的仪器设备选型如下：真空泵： 1401型 排气量3200升/分四、实验方法及步骤1. 装好喷管。2. 对真空泵作开车前检查（检查传动系统、油路、水路）。检查无问题后打开背压调节阀，用手转动真空泵飞轮一周，去掉气缸中过量的油，开启电动机，当达到正常转

8、速后可开始实验。3. 将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时p2 = pb，改变调节阀开度，调节背压pb自p1开始逐渐降低，记录在不同pb下的孔板压差p值，以备计算流量及绘制qm-pb曲线，实验时注意记下p开始达到最大值的pb，以求得pcr及pf值。4调节不同的pb，摇动手轮，使X自喷管进口逐步移至出口外一段距离，记录不同X值下的p值，以测定不同工况下的p-X曲线。5接通电测仪器，分别记录qm-pb曲线和p-X曲线。6停车。五、实验数据整理1. 数据记录（1）设备数据记录：设备名称、型号、规格等。（2）常规数据记录：当地大气压力、室温、实验环境状况。（3）根据实测内容自

9、行设计数据记录表格2. 数据整理(1) 因进气管中气流速度很低，在最大流量时，其数量级是1m/s所以可以近似认为初压p0和初温t0即是气流的总压和总温。初温t0等于大气温度ta，初压p0略低于大气压pa，可按下式计算 式中 p U型压差计读数（mmH2O）(2) 本实验装置采用的是负压系统，表上读数均为真空，需要换算成绝对压力值： (3) 喷管实际流量测定六、实验报告要求1. 简述实验原理与过程。2. 各种数据的原理记录。3. 实验结果整理后的数据，包括最大流量qm,max、临界压力pcr，以及qm-pb曲线、p-X曲线，分析实验值与计算值，分析测定曲线与函数记录仪绘制曲线异同点及其产生原因。

10、注：表1、2中的曲线用方格纸绘制，记录仪绘制曲线另附页。10实验13 饱和蒸汽P-T关系测定一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽PT关系图表的编制方法。3、绘制pt关系曲线。4、整理经验公式二、实验原理蒸汽是一种实际气体，处于离液体不远的状态。在一定的空间内，对应于某一定的饱和温度必有一定的饱和压力，两者互为依变数，即。两者平衡时的蒸汽称为饱和蒸汽，这时的液体称为饱和液体。对于不同的工质具有不同的关系，饱和蒸汽压力和饱和温度的关系可以通过实验测定

11、。本实验根据这一原理来测定水蒸汽压力和温度的关系。三、实验装置1、压力表（0.101.5Ma） 2、排气阀 3、缓冲器 4、可视玻璃及蒸汽发生器 5、电源开关 6、电功率调节 7、温度计（100250） 8、可控数显温度仪 9、电流表四、实验方法及步骤1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。2、将电功率调节器调节至电流表零位，然后接通电源。3、调节电功率调节器，并缓慢逐渐加大电流，待蒸汽压力升至一定值时，将电流降低0.2安培左右保温，待工况稳定后迅速记录下水蒸气的压力和温度。重复上述实验，在01.0MPa（表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀。4实验完毕后，将调压指针旋回零位

12、，并断开电源。5、记录室温和大气压力。五、实验数据整理1、记录和计算：实验次数饱和压力MPa饱和温度误差备注压力表读值 P大气压力 B绝对压力 P=P+B温度计读值 t 理论值t %1234562、绘制Pt关系曲线：3、总结经验公式：将实验曲线绘制在双对数坐标纸上，整理出饱和水蒸气压力和温度的关系的近似经验公式。4、误差分析：通过比较发现测量比标准值低1%左右，引起误差的原因可能有以下几个方面：（1）读数误差。（2）测量仪表精度引起的误差。（3）利用测量管测温所引起的误差。六、实验报告要求1. 简述实验原理与过程。2. 各种数据的原理记录。3. 实验结果整理后的数据， Pt关系曲线、经验公式。

13、实验14 液体管内流动的对流传热系数测定一、实验目的1.了解热交换器传热系数测定的实验方法，加深对传热过程的理解；2.测定给定液液热交换器传热系数。二、实验原理在换热器中需要交换热量的冷热流体分别在固体壁面的两侧流动。热量从壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体的过程称为传热过程。传热过程中传递的热量正比于冷热流体间的温差及传热面积，即 (1)式中：冷热流体间单位时间交换的热量，；换热器的传热系数，；换热器总传热面积，；进行换热的两流体之间的平均温差，。 冷热流体间的平均温差通常采用对数平均温差。对于工业上常用的顺流和逆流换热器对数平均温差由下式计算 (2)式中：换热器两端冷、热流体间较大的温差

14、；换热器两端冷、热流体间较小的温差。 换热器两端冷、热流体间的温差及每一种流体中的温度分布如图1、图2所示。当/小于或等于1.7时，对数平均温差可简单的采用算术平均温差来代替，即 (3) 除了顺流和逆流按对数平均温差公式计算平均温差外，其他流动方式的对数平均温差，都可以由假想的逆流工况对数平均温差乘上一个修正系数得到。修正系数的值可以由各种热交换器设计手册查得。 换热器实验的主要任务是测定传热系数K。实验室，由恒温热水箱中出来的热水经水泵和转子流量计后进入实验换热器内管。在热水进出换热器处分别用热电阻测量水温，从换热器内管出来的已被冷却的热水仍然回到热水箱中，经再加热供循环使用。冷却水由冷水箱

15、经水泵和转子流量计后进入实验换热器套管。在套管中被加热后的冷却水排向外界，一般不再循环使用。套管外包有保温层，以尽量减少向外界的散热损失。冷却水进出口温度用热电阻测量，通常希望冷热测热平衡误差小于3。 实验中待各项温度达到稳定工况时，测出冷、热流体进出口的温度和冷、热流体的流量就可以用下式计算通过换热面的总传热量。 (4)式中：qm1、qm2冷热流体的质量流量，kg/s cp1、cp1冷、热流体的比热，kJ/(kg) 由算得得传热量和对数平均温差及已知的换热面积，便可由公式（1）计算出传热系数K。三、实验装置实验台系统由控制面板、顺逆流转向阀、热水箱、热水泵、冷水热水流量计以及控温测温电路、套

16、管换热器、列管换热器、螺旋板式换热器等组成。四、实验方法及步骤1先将热水箱加满水，再在冷水入口接通自来水，冷水出口连通下水道，并调整好冷水流量，按顺流方式扳动顺逆流阀门手柄。2打开电源开关与手动加热开关，调整温度控制仪器时热水箱加热温度控制在60左右，打开水泵开关，并调整热水流量。当自动加热第一次动作后，切断手动加热电源开关，整个加热系统全部靠自动控温。待冷热流体进出口温度稳定后，既可读取温度与流量数值，并做好记录。3切换成逆流流动方式，等显示温度稳定后，读取温度与流量数值，并做好记录。4实验结束，切断电源，放掉积水。五、实验数据整理根据实验结果，分析两种流动方式的传热情况，就对数平均温差、传热系数、热效率进行对比，最后对本次实验结果予以分析。1. 换热器顺流实验测量与计算热流体：转子流量计读数：V1 L/h序号进口温度()出口温度()质量流量qm1 (