材料工程基础实验实验讲义（word版本）

1、材料工程基础实验讲义 目 录实验一、煤的工业分析1实验二、煤的发热量测定5实验三、材料导热系数的测定10实验四、雷诺实验14实验五、伯努利方程实验16实验六、风机性能曲线实验20实验七、流体力学综合阻力实验A24实验八、流体力学综合阻力实验B28实验九、固体流态化的流动特性实验30实验十、流化床干燥器干燥曲线的测定35实验十一、除尘性能实验41实验十二、综合传热性能实验43实验十三、烟气成分分析45实验十四、热电偶的焊接与校正实验4953实验一、煤的工业分析一、实验目的意义工业分析是分析化学的一个分支，是分析化学在工业生产上的应用。通过工业分析能够评定燃料、原料及产品的质量。本实验的目的：1掌

2、握煤的工业分析方法，即煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的测定方法。 2判断分析煤样的种类。 3根据经验公式计算煤的低位发热值。 二、实验原理作为固体燃料的煤，是由极其复杂的有机化合物组成的，就其所含元素而言，不外乎有碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)五种元素及部分矿物杂质(灰分A)和水分M。煤的成分分析有元素分析和工业分析两种方法，其中煤的工业分析方法是我国工矿企业中经常采用的一种简易的分析方法，即通过对实验中风干煤样(空气干燥基)所含水分M、挥发分V、灰分A和固定碳Fc的测定，得到煤的工业分析成分的方法。即： （1）式中 空气干燥基煤样中水分的质量分数，；空气干燥基煤样中挥发分的

3、质量分数，；空气干燥基煤样中灰分的质量分数，；空气干燥基煤样中固定碳的质量分数，。 实验中所遵循的原理为热解质量法，即根据煤样中各组分的不同物理化学性质，控制不同的温度和时间，使其中的某种组分发生热分解或完全燃烧，并以试样失去的重量占原试样重量的百分比作为该组分的重量百分含量。所涉及的有关参数及测定方法分述如下：1.水分煤样中的水分采用常规测定法测定。鉴于空气干燥基下煤样中的水分为内在水分，即吸附于煤颗粒毛细空隙之间的水分，较难蒸发，因此需置于105110的鼓风干燥箱中干燥1h。取出称量，若水分<2，不进行检查性干燥，否则需进行检查性干燥，步骤是将试样重新放入干燥箱中烘干，每次30min

4、，再称量，直至恒重（即质量减少小于0.001g或增重）为止。以增重前的一次称重结果来计算水分。2.灰分煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧，水分完全蒸发以及煤中矿物杂质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后所剩下的残渣，是煤中不能燃烧的矿物杂质。因此，在实验中应使煤样完全燃烧。采用快速灰化法来测定煤的灰分，即将煤样置于815的马弗炉中灼烧40min，取出称量，若灰分<15，不进行检查性灼烧，否则需进行检查性灼烧，步骤是将煤样重新放入马弗炉中灼烧，每次20min，再称量，直至恒重（即质量减少小于0.001g或增重）为止。以增重前的一次称量结果来计算灰分。3.挥发分煤的挥发分是在特定条

5、件下受热分解的产物，剩下的不挥发物称为焦渣。煤的挥发分是煤炭分类的重要指标之一，根据挥发分含量及焦渣特性可以判断煤的工业利用性质。挥发分的测定采取将煤样放入带盖的瓷坩埚中，置于900±10的马弗炉中，隔绝空气加热7min，冷却后称重，以失重减去水分即为挥发分重量。三、实验仪器设备本实验中用到的主要设备有：马弗炉、鼓风干燥箱、分析天平（0.0001g）、玻璃干燥器及称量瓶、瓷坩埚等。四、实验步骤1实验准备（1）煤样粒度小于0.2mm，在空气中风干，待用。（2）鼓风干燥箱、马弗炉升到实验要求温度。（3） 称量瓶、瓷坩埚编号、烘干后放入干燥器备用。2水分测定（1）分析天平上称出称量瓶(带盖

6、)重量，称量时读数精确到小数点后4位，然后加1g煤样(±0.1g)。（2）将称量瓶送入温度已达105110的鼓风干燥箱中，打开瓶盖，烟煤干燥1小时，无烟煤干燥11.5小时。（3）取出称量瓶，立即盖上瓶盖，在空气中冷却23分钟后，放入玻璃干燥器中，继续冷却到室温(约20分钟)，称量。（4）计算水分的质量分数： （2）3灰分测定（1）分析天平上称出瓷坩埚空重，称量时读数精确到小数点后4位，然后加入1g煤样(±0.1g)。（2）将坩埚放入815±10的马弗炉中，灼烧40min。直至煤样完全烧透，灰中无黑色碳粒为止。（3）取出坩埚放在石棉板上，在空气中冷却5min后，放入

7、玻璃干燥器中冷却到室温(约20分钟)，称量。（4）计算灰分的质量分数： （3）4挥发分测定（1）分析天平上称量带盖坩埚质量，然后加1g煤样(±0.1g)。（2）将坩埚加盖放入900的马弗炉中加热7min。 （3）取出坩埚放在石棉板上，在空气中冷却5min后放入玻璃干燥器中冷却到室温，称重。打开坩埚盖，将剩余的焦渣倒在纸上观察焦渣特性，判断该焦渣特性属于第几类，焦渣特性分类见下面。（4）计算挥发分的质量分数： （4）5固定碳的质量分数的计算 (5)上述实验步骤，因实验时间的限制，省略了检查性步骤。在正式的煤工业分析时，必须按国家标准(GB/T 212-2001)的规定进行操作。五、数据

8、记录及结果处理1数据记录测定成分容器名称容器空重/g加样总重/g样品重/g热处理后总重/g失重/g计算结果/%水分灰分挥发分固定碳2判断煤的种类我国煤的分类是以干燥无灰基挥发分含量为依据划分的，不同种类煤的挥发分质量分数（%）如下：煤 的 种 类褐 煤烟 煤无 烟 煤>371046<10因此，需将空气干燥基挥发分换算为干燥无灰基挥发分，换算公式： （6）3计算煤的低位发热量：根据工业分析资料，可按下列公式计算（根据中国煤炭科学研究院介绍，75的试样，计算结果于实测值的误差约在400kJ/kg以内）。（1）无烟煤 （kJ/kg） （7） 式中 系数，根据查表得出。 3.0> 3

9、.05.5> 5.58.0> 8.034300348003520035600表中，和的值与煤的干燥基灰分有关，如下表所示：/ %30402530202515201015150.800.850.950.800.900.950.100.100.10000（2）烟煤 (kJks) （8）式中 系数，根据和焦渣物性查下表得出。> 10%13.5%>13.5%17%>17%20%>20%23%>23%29%>29%32%>32%35%> 35%38%>38%42%>42%3513373353283203203053053053033

10、51349343339328326324320316312353353349345339335330328326320353355351347343339335332330324353355355351349345341339335332353355355351349345341339335332353355355355353351347345343339不出现355355358355353349347345343焦渣特性是指测定挥发分后，坩埚内残留的焦渣外形特征，分为8类： 粉态：保持原煤样的粉末状； 粘着：稍有粘连，手指轻压即成粉末； 弱粘法：有粘结，手指轻压即成碎块； 不熔融粘结：粘结，

11、手指用力压才成碎块； 不膨胀熔融粘结：焦渣呈扁平状、煤粒界限不清，表面有银白色光泽； 微膨胀熔融粘结：焦渣用手指不能压碎，表面有银白色光泽和较小的膨胀泡; 膨胀熔融粘结：焦渣表面有银白色光泽，明显膨胀但高度不超过15mm； 强膨胀熔融粘结：同，但高度超过15mm。六、思考题1固体燃料的组成有哪几种基准表示？ 2实验中怎样实现煤的水分、灰分和挥发分的测定？ 3煤的工业分析在工程实际中有何作用？实验二、煤的发热量测定一、目的意义发热量是衡量燃料品质的一项重要指标，掌握热值测定的计量方法，可为各行各业综合利用能源、节约能源提供可靠依据。 本实验的目的： 掌握煤发热量的实测方法氧弹热量测定方法； 了解

12、弹筒发热量，恒容高位发热量和恒容低位发热量的概念，以及它们之间的换算； 根据经验公式计算煤的低位发热值。二、基本原理 煤发热量的测定原理很简单，即设法测定一定量试样在完全燃烧时放出的热量。目前常用的是伯斯路特于1881年发明的氧弹方法，把一定量的试样放在密闭的充氧弹筒（俗称氧弹）中完全燃烧。氧弹置于盛水的内筒中，并被水完全浸没。根据内筒水温的升高，计算出试样的发热量。 由于测定时，试样完全燃烧放出的热量不仅被水吸收，亦被弹筒自身、内筒、搅拌器和 量热温度计等装置吸收，这些装置统称为量热系统。该量热系统本身具有热容量（亦称为当 量），需用已知标准发热量的物质（如苯钾酸）进行标定，求出该系统的仪器

13、常数。 有关各种发热量的概念简介如下。（1）弹筒发热量：在密闭的氧弹中充以初压为2.83.0MPa的氧气，终了时燃烧产物为25，燃烧单位质量的试样所产生的热量称为弹筒热量（J·g1），记作，煤的燃烧产物为：CO2、H2SO4、HNO3、水和固态的灰分。（2）恒容高位发热量：弹筒发热量减去 稀硫酸、二氧化硫生成热、以及稀硝酸生成热，即为恒容高位发热量（J·g1），记作。 煤的燃烧产物：CO2、SO2、游离N、水和固态灰分。 恒容高位发热量比工业上的恒压（大气压）高位发热量低8.37416.748 J·g1，一般可忽略不计。（3）恒容低位发热量：恒容高位发热量减去水的

14、蒸发热，即为恒容低位发热量(J·g1)，记作。 煤的燃烧产物：CO2、SO2、游离N、水蒸汽和固态灰分。三、实验器材 热量计： 氧弹量热计广泛用来测定固体、液体燃料的热值。本实验在GR-3500氧弹式量热计中进行，其结构如图1所示。 氧弹： 氧弹是恒容燃烧室，其结构如图2所示。 控制箱。 氧气瓶及氧气减压阀。 压块机。 0.1mol浓度的NaOH溶液、甲基红试剂、滴定台等。图1 GR-3500氧弹式热量计结构1一外筒；2一内筒；3搅拌器；4搅拌电机；5绝缘支架：6氧弹；7内筒温度； 8外筒温度计；9点火栓；l0外筒盖；11一读数放大镜；12振荡器图2 氧弹结构1充气阀；2放气阀；3一

15、电极；4坩锅架；5充气管；6燃烧挡板 四、测试步骤1称样与装埚 精确称取分析试样0.91.1g（煤粉）并放入坩锅。 在金属坩锅底部铺一石棉纸垫，垫的周边与坩锅紧密接触，以免试样下漏。然后将预先制备的煤饼试样放在石棉垫上。2装点火丝和充氧 取一段已知重量的点火丝，将两端分别接于两个电极上。把盛有试样的坩埚放在支架上，用镊子调节下垂的点火丝，使之与煤粉接触（点火丝切勿与坩埚壁接触，以免引起短路）。弹筒中加入10m1蒸馏水，拧紧弹筒盖，然后接上氧气导管缓缓充入氧气（充气时间不少于15秒）直至氧弹中压力达到2.83.0MPa。拆下氧气导管。3内筒加水及氧弹气密性检查 在内筒加入与标定热容量时相同的内筒

16、水量（一般为3000g），调整内筒初始水温比外筒水温低0.51.0以使实验终期内、外筒保持较小的温度差，减少因温差而引起的热量传递误差。 将充好氧气的氧弹放入内筒的水中，使氧弹除充气阀及电极外其余部分都淹没在水中。仔细观察有无漏气现象，如没有气泡逸出，表明氧弹气密性良好，即可开始以下步骤。4装置测示仪器 接上点火电极插头，装上搅拌器和测量内筒温度的贝克曼温度计、测量外筒温度的外筒温度计。在靠近贝克曼温度计的露出水银柱的部位，另悬一支普通温度计，以测定露出柱的温度。其中贝克曼温度计的插入深度应与热容量标定时贝克曼温度计的插入深度一致，并不得接触内筒和氧弹，盖上外筒盖。5初期温度测定 开动搅拌器，

17、5min后开始计时和读取内筒温度（t0）并立即点火。随后记下外筒温度（tg）和露出柱温度（te）。内筒温度计借助放大镜，读数精确到0.001，其他温度计只要读数精确到0.1。 观察内筒温度，如在30s内温度急剧上升，则表明点火成功。点火后140”时读取一次内筒温度（t140”），读数精确到0.01即可。6终期温度测定 接近终点时（一般热量计由点火到终期的时间为810min），开始按l min间隔读取内筒温度，以第一个下降温度作为终点温度（tm）。试验主要阶段至此结束。7收集弹筒洗液 停止搅拌，取出内筒和氧弹，开启放气阀，用导管把废气引入装有适量氢氧化钠标准溶液的三角烧瓶中，放气过程不少于l m

18、in。放气完毕，打开弹筒盖，观察坩埚试样，如有燃烧不完全则试验应作废。用蒸馏水冲洗弹筒各部分，把全部洗液都收集在三角烧瓶中。8将上述洗液煮沸12 min，取下稍冷后，以甲基红为指示剂，用氢氧化钠溶液（0.1N）滴定到中和点。记下NaOH溶液的总消耗量V（m1）。9称出残余点火丝的重量。10倒掉内筒的水，清洗氧弹，所有仪器归位，经老师检查后方可离开实验室。五、结果处理1记录实验参数量热系数热容量E J·1试样质量 g点火丝原样 g残余点火丝重 g贝克曼温度计基点温度所对应的标准露出柱温度 贝克曼温度计基点温度下对应于的标准露出柱温度的平均分度值 初期温度 终期温度 点火温度 贝克曼温度

19、计孔径校正值 热量计的冷却常数 min1消耗的0.1mol·L1NaOH溶液体积 ml热量计的综合常数 ·min12弹筒发热量计算 （1）式中 贝壳曼温度计的平均分度值； 量热系统的热容量（仪器常数）； 点火丝产生热量，J； （点火丝原重残余点火丝质量）×所用点火丝发热量各种点火丝的发热量如下表所示：丝的种类铁丝铜丝铂丝镍铬丝棉丝发热量/（J/g）67002510427140017500添加物产生热量，；冷却校正值，； 由点火到终点的时间；当时，；当时， ；总温升（）；/140” 点火后140”的温升（）。初期内筒温度下降速度：终期内筒温度下降速度：3恒容高位发热

20、量计算式中 由弹筒洗液测得的煤的含硫量，； C氢氧化钠溶液的当量浓度，N；V滴定消耗的氢氧化钠溶液的体积，ml；a硝酸校正系数， 当时，；当时，；当时，。4恒容低位发热量计算 （2）式中 收到基的低位发热量，J·g1； 恒容高位发热量，J·g1； 收到基全水分，； 空气干燥基水分，； 空气干燥的氢含量，。由弹筒发热量算出的高位发热量和低位发热量都属于恒容状态。在实际工业燃烧中则是恒压状态，严格的讲，工业计算中应使用恒压低位发热量。恒压低位发热量计算如下： （3）式中 收到基恒压低位发热量，J·g1； 空气干燥的氢含量，；空气干燥基氧含量，。六、思考题 1.什么是煤

21、的热值？测定煤的热值有何意义？2.通过实验，归纳一下点火失败的原因有哪些？3.煤的工业分析与氧弹法测定煤的发热量，热量值有何区别？实验三、材料导热系数的测定(稳态球壁导热测定法) 在现代建筑物中，为了保护生态环境，节约能源，需要大量具有隔热、保温等功能的无机非金属材料，这些材料具有一系列的热物理特性。为了合理地使用与选择有关的功能材料，需要用其热物理特性进行热工计算。所以，了解和测定材料的热物理特性是十分重要的。材料的热物理参数有热导率、导温系数、比热容等。测定方法有稳定热流法和非稳定热流法两大类。每大类中又有多种测定方法。本实验用稳定热流法中的球体法进行测定。一、实验目的意义在现代工程中，测

22、定材料热导率的稳定态热流方法以其原理简单、计算方便而被广泛应用。球壁导热仪即为其中的方法之一。主要用于测定粉状、颗粒状、纤维状干燥材料在不同填充密度下的热导率。本实验的目的： 加深对稳定导热过程基本理论的理解，建立维度与坐标选择的关系； 掌握用球壁导热仪测定绝热材料热导率的方法和技能圆球法； 确定材料热导率与温度的关系； 学会根据材料的热导率判断其导热能力并进行导热计算。二、基本原理导热率是表征物质导热能力的物性参数。一般地，不同材料的热导率相差很大，其中金属的热导率在2.3417.6W·m-1·K-1范围内，建筑材料的热导率在0.162.2W·m-1·

23、K-1之间，液体的热导率波动于0.0930.7W·m-l·K-1之间，而气体的热导率则最小，在0.00580.58W·m-1·K-1范围内。即使是同一种材料，其热导率还随温度、压强、湿度、物质结构和密度等因素而变化。各种材料的热导率数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如温度、结构、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用情况有出入，需进行修正。热导率低于0.22W·m-1·K-1的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具有多孔结构，传热过程是固体和孔隙的复杂传热过程，其机理复杂。为了工程计算的方便，常常把整个过程当作单纯的

24、导热过程处理。 圆球法测定绝热材料的热导率是以同心球壁稳定导热规律作为基础。在球坐标中，考虑到温度仅随半径r而变，故是一维稳定温度场导热。实验时，在直径为dl和d2的两个同心圆球的圆壳之间均匀地填充被测材料(可为粉状、粒状或纤维状)，在内球中则装有球形电炉加热器。当加热时间足够长时，球壁导热仪将达到热稳定状态，内外壁面温度分别恒为T1和T2 。根据这种状态，可以推导出热导率的计算公式。根据傅立叶定理，经过物体的热流量有如下的关系： （1）式中 Q 单位时间内通过球面的热流量，W ； 绝热材料在平均温度tm=(t1 +t2)/2时的热导率，W·m-1·K； 温度梯度，K

25、83;m-1； A球面面积，m2。对(1)式进行分离变量，并根据上述条件取定积分得： （2）其中，r1、r2：分别为内球外半径和外球内半径。积分得 （3）其中，Q为球形电炉提供的热量。只要测出该热量，即可计算出所测隔热材料的热导率。事实上，由于给出的是隔热材料在平均温度时的热导率。因此，在实验中只要保持温度场稳定（采用恒温水浴），测出球径d1和d2，热量Q以及内外球面温度即可计算出平均温度tm下隔热材料的热导率。改变t1和t2，则可得到热导率与温度（-）的关系曲线。三、实验装置图1 球壁导热仪实验装置1 内球壳；2外球壳；3电加热器；4热电偶热端；5转换开关；6热电偶冷端；7电位差计；8调压器

26、；9电压表；10电流表；11绝热材料(1) 球壁导热仪:实验装置如图1所示。主要部件是两个铜制同心球壳l、2，球壳之间均匀填充被测隔热材料，内壳中装有电热丝绕成的球形电炉加热器3。(2) 热电偶测温系统:铜-康铜热电偶两支(测外壳壁温度)，镍铬-镍铝热电偶两支（测内壳壁温度)；均焊接在壳壁上。通过转换开关将热电偶信号传递到电位差计，由电位差计检测出内外壁温度。 (3) 电加热系统:外界电源通过稳压器后输出稳压电源，经调压器供给球形电炉加热器一个恒定的功率。用电流表和电压表分别测量通过加热器的电流和电压。四、测试步骤 将被测绝热材料放置在烘箱中干燥，然后均匀地装入球壳的夹层之中。 按图1安装仪器

27、仪表并连接导线，注意确保球体严格同心。检查连线无误后通电，使测试仪温度达到稳定状态（约34h）。 用温度计测出热电偶冷端的温度t0 。 每间隔510min测定一组温度数据。读数应保证对应点的温度不随时间变化（实验中以电位差计显示变化小于0.02mV为准），温度达到稳定状态时再记录。分别将内外球面的测定值取平均值，进行内外球面温度的查表计算，求出热导率。 测定并绘制绝热材料的导热系数和量度之间的关系。 关闭电源，结束实验。 五、数据处理1测定数据记录将有关原始数据和测定结果记入表1中。表1 测定数据记录被测材料名称冷端温度=冷端电势=功率Q/W= W/mV的平均值/mV/mV温度/内球表面热电偶

28、的热电势E内/mV1= 23外球表面热电偶的热电势E外/mV4= 56内球半径= cm外球半径= cm2绝热材料热导率的计算（1）平均温度的校正根据冷端温度t0及测点平均温度t，可查得冷端电势E(t0，0)，结合原始数据中各测点的平均电势E(t，t0)，即可由下式求得E(t，0)：式中 t测点平均温度，； to冷端温度，； E热电势，mV。 再由E(t，0)值可查得测点温度t1、t2。（2）电加热器发热量计算： 式中 Q单位时间内发热量，W； V电加热器电压，V； I电加热器电流，A。（3）绝热材料的热导率计算 用(3)式计算材料的热导率。3确定被测材料热导率和温度的关系，并绘制出t曲线由于此

29、实验达到热稳定所需时间较长，无法在一个单元时间内进行不同温度下的多组测量，现将实验室在不同温度下的实测结果列于下表，请完成计算，将结果列入表中，并画出t曲线。在球壁导热仪的夹层中均匀地装人已烘干的玻璃纤维，内球外径d1=105mm，外球内径d2=151mm。实测数据如表2。表2 绝热材料热导率数据测量序号内球壁的平均热电势/mV外球壁的平均热电势/mV室温/内球壁温/外球壁温/电流/A电压/V平均温度/热导率/W·m-1·K-113.991.15824.80.7815.824.231.08223.50.8116.0534.231.08325.00.8216.0544.571

30、.18125.00.8517.155.451.15922.00.9418.566.011.62219.01.0420.276.431.55423.51.1121.587.171.88123.51.1823.097.662.01023.51.2224.1107.762.12223.51.2324.4118.002.22723.51.3025.3128.972.38123.51.3727.5注：内球热电偶镍铬镍铝热电偶；外球热电偶铜康铜热电偶。六、思考题1.热量的传递过程有哪几种？并举例说明。2.材料热导率的大小与哪些因素有关？3.在工程中，如何衡量散热损失的大小？实验四、雷诺实验一、实验目意义雷

31、诺实验是1883年奥斯本雷诺（Osborne Reynolds）所作的著名的实验。通过本实验，对流体在管内流动的两大状态层流和紊流加深认识和理解，学习和掌握流体力学实验技术的基本操作技能。实验目的：1. 掌握转子流量计的标定方法；2. 掌握临界雷诺数的测定方法。二、实验原理流体在管内运动，在不同雷诺数下呈现不同的流动状态层流和紊流。雷诺揭示了重要的流体流动机理，即根据流速的大小,流体有两种不同的形态。当流体流速较小时，流体质点只沿流动方向作一维的运动，与其周围的流体间无宏观的混合即分层流动这种流动形态称层流或滞流。流体流速增大大于某个值后，流体质点除流动方向上的流动外，还向其它方向作随机的运动

32、，即存在流体质点的不规则的脉动，这种流体形态称湍流。三、实验装置：图1 雷诺实验装置示意图四、实验内容本实验内容包括：转子流量计的标定；上临界雷诺数的测定；下临界雷诺数的测定。五、实验方法与步骤1转子流量计的标定：1) 打开流量控制阀，待流量计的读数稳定。2) 流量计的读数稳定后，打开量筒的放水阀，放空量筒内的水。3) 关闭量筒的放水阀，观察量筒的水位计，并记下量筒的初始读数，同时开始计时。4) 待量筒水位计水位到达满水位时，终止计时，并记录量筒水位从初始读数到达终止满水位的时间，同时记下满水位的读数。5) 调节控制阀从小流量到大流量选择均匀分布的17点，重复上述步骤，然后再从大流量到小流量选

33、择57个点，重复上述步骤。6) 关闭流量控制阀。2上临界雷诺数的测定：1) 打开流量控制阀，将流量控制在较小流量下，待转子流量计读数稳定。2) 逐渐打开红墨水控制阀，并调节红墨水的流量，使针形管红墨水的出流速度与当地流速一致（一致后喷出的红墨水为粗细均匀的红线）。3) 稳定后，观察红墨水色线状况，记录下转子流量计读数，在记录纸上描绘出色线形状。4) 以较小的步长，逐渐开大流量，重复上述步骤，直至红墨水色线形状完全消失，流动从层流转变为紊流。3下临界雷诺数的测定： 1) 打开流量控制阀，将流量控制在较大流量下，待转子流量计读数稳定。 2) 逐渐打开红墨水控制阀，并调节红墨水的流量，使针形管红墨水

34、的出流速度与当地流速一致(一致后喷出的红墨水为粗细均匀的红线)3) 稳定后，观察红墨水色线状况，记录下转子流量计读数，在记录纸上描绘出色线形状4) 以较小的步长，逐渐关小流量，重复上述步骤，直至红墨水色线形状恢复为均匀的直线。六、实验数据整理1) 将转子流量计标定的数据整理成坐标曲线，纵坐标为标定流量，横坐标为转子流量的读数；2) 在观察特定临界雷诺数时，将转子流量计的读数有标定曲线转换为真实流量；3) 由真实流量与观察段的横截面积。算出管内流速，查出水的物性算出各个观察点的雷诺数；4) 找出流动状态上行时（下行时）从层流（紊流）向素流（层流）转变时的雷诺数，此雷诺数即为上临界雷诺数（下临界雷

35、诺数）。七、思考题1什么是雷诺数？说明其物理意义？2解释什么是层流、紊流以及过渡流？3简述影响管内流动状态的因素? 实验五、伯努利方程实验一、实验目的： 1验证流体静压原理； 2通过观察流体在管道中的运动规律，加深对伯努利方程的理解； 3验证管道流动中，摩擦损失与流速平方成正比的关系； 4验证毕托管的测速原理。二、实验原理：1在流体静止时，等压面是水平面，自由液面也是水平面。在重力势函数的微分时，有，即等压与等高程同时存在。2对于一个恒定的不可压缩管流，在流动方向上的两个渐变流段，流体的能量关系由伯努利方程给出：3管道内的摩擦损失与流体流速的关系服从达西公式：4毕托管能测量出来滞止点（全压）和

36、管侧点（静压）之压力差，于是测点流速可由下式确定： 式中，毕托管校正系数，近似等于1。三、实验装置 伯努利方程仪由玻璃管、活动测头、测压管、上水槽和循环水泵等部分组成。活动测头的小管端部封闭，管身开有小孔。小孔中心位置与玻璃管中心平齐，小管与玻璃测压管相通，用小扳手转动活动测头，就可以测量流体的静动压水头。由于玻璃管前后直径不同（管道直径经测量标注在管段上），位置也有高低，测点有前有后，可以十分方便地测量出不同流速下不同管段的位能、压力能和动能的数值，去验证伯努利方程的结论。实验装置图附后。四、实验方法：1测点静压水头的测量： 开动循环水泵，将出口阀门A关闭，这时观察各测压管内自由液面的高度，

37、记录在表格中。观察在转动活动测头时，自由液面有无变化。如果发现各测点自由液面高度不相等，或者发现转动活动测头时自由液面发生变化，应试图找出产生误差的原因，并作出记录。各测点静压水头的数据记录在表1中。2验证摩擦损失与流速平方成正比（达西公式）： 使各测头的小孔对准来流方向，然后打开出口阀门A（不全开，保持小流量）。这时测压管液位代表各测点的总压力水头，记下各测点总压力水头数值；与此同时，用量筒（大于1000m1）和秒表来标定管道中流体的流量，记录在表2中。继续开大阀门A，使流量增加，记录下各测点的总压力水头数值；并用同样方法标定在此阀门开度下的流体流量值，记录在表2中。 标定流量的方法如下图：

38、转动弯头，计时开始 计时结束，弯头复原3验证伯努利方程：重复上面的实验步骤，在每一个流量（一样要进行流量标定）工况下，不但测量各个测点的总压力水头（活动测头小孔向着来流方向），还应测量各个测点的静压水头（活动测头的小孔垂直与来流方向），与此同时记录各个测点的中心高度z ，记录各个测点的玻璃管内径。将以上数据记录在表3中。根据标定的流量计算各个测点的平均流速，计算各个测点的机械能总和，验证伯努利方程。4验证毕托管原理： 将以上表3中各个测点的动压实验数据代入毕托管速度计算式中，计算各个测点管道中心线上的线速度。五、数据整理表 1测点编号1234静止水头（m）表 2测点编号计算项目1234标定流量

39、Q（m3/s）损失水头h（mH2O）全压水头（mH2O）平均流速（m/s）全压水头（mH2O）平均流速（m/s） 表 3 数据组序号测点编号计算项目1234标定流量Q（m3/s）备注管段内径（m）全压水头（mH2O）静压水头（mH2O）位压水头（mH2O）动压水头（mH2O）毕托管中心线速度（m/s）实测管段平均流速(m/s)机械能头（mH2O）全压水头（mH2O）静压水头（mH2O）位压水头（mH2O）动压水头（mH2O）毕托管中心线速度（m/s）实测管段平均流速(m/s)机械能头（mH2O）七、思考题1.说明伯努利方程中各个物理量的意义。2.试述流体流过管道时各种能量是如何变化的？附：伯努

40、利方程仪实验六、风机性能曲线实验一、实验目的意义1. 熟悉风机结构及其性能测定原理2. 掌握风机性能曲线的测定方法3. 通过实验测得风机的气动性能曲线二、实验仪器图1为风机气动性能曲线实验台示意图，主要由四部分组成。1集流器；2节流网；3测压孔；4整流栅；5风管；6接头；7被测风机；8联接轴；9测功电机；10测矩力臂；11斜管测压板；12联通管；13支架图1 风机气动性能曲线实验台1. 试验风管风管进风口为锥形集流器，在集流器的一个断面上，设有四个测压孔（互成90º），用四根橡胶管接到一联通管，再用一根橡胶管由联通管接到U型测压板的一个测压管上，用以测算出进入风机的空气流量。风管内装

41、有节流网和整流栅。节流网可以用来调节空气流量（可用小硬纸片吸附在网上以减小通风面积），而整流栅可起到使流入风机气流均匀的作用。在距风管进口远处的风管断面上也设有四个测压孔（互成90º），同样用四根橡胶管接到另一个联通管，再用一根橡胶管由联通管接到U型测压板的另一个测压管上，用以测量进口风管压力。2. 被测风机包括进风口、叶轮和涡壳。风机的进风口用法兰与试验风管的接头相联接。3. 测功电机测功电机，实质上也就是风机的驱动电机。为了测试要求，其转子轴通过联轴节与风机叶轮的轴相联接，而电机的定子（联同其外壳）是悬浮的，并在定子外壳上设置测距（测电机的转动扭矩）力臂，当电机运转时，驱动电机转

42、动，力臂保持平衡，通过传感器可测算出风机的输入轴功率。4. 实验台支架支架由两部分组成。利用铁箍式支座将一段风管水平地固定在一节支架上；另一段风管和风机及测功电机固定在另一个支架上，两节支架用螺栓固接在仪器。实验台采用进气实验方法。实验台在一定工况下（利用在节流网上加纸片来调节流量）运行时，空气流经风管，进入风机，被叶轮抽出风机出口。在此过程中，在集流器上测出集流器负压；在离风机进口远处测定进口风管压力；同时，在测功电机上测定测矩力臂的平衡扭矩T和电机转速。测得了上述、T和等四个实验数据以后，再利用已知的实验台原始参数和测试环境参数，通过它们之间的关系式，就可以计算出该工况下的其它所需要的风机

43、参量。三、实验步骤1. 准备工作 1）U型测压板的联接与调整 将测集流器负压的连通管测压口用橡胶管与U型测压板上的测压玻璃管的测压口相联接，用医用注射器缓慢地将蒸馏水注入U型测压板内，然后，捏紧、放开并抖动通向测压管的橡皮管，使管路里的空气排出，这样重复多次，直至玻璃管中的液面稳定不变为止。 将测进口风管压力的联通测压口用橡皮管与U型测压板上的测压玻璃管的测压口相联接，用上述方法将蒸馏水注入相应的U型测压板内，并将测压玻璃管内的液面调整到稳定不变为止。测试时，量测压管的读数。2）准备好用来调节流量的圆纸片（要求较厚的纸片），其直径以2025mm为宜，数量应能满足全部封闭节流网。3）启动电机，使

44、实验台予运转，使力臂基本平衡。运转10分钟左右，待其基本稳定后，即可进行测试。 2. 进行测试 1）在上述予运行后，即可进行第一工况（即全开工况）下的测试。记下U型测压板两个测压管上的读数和；同时，测定电机转速和记下测距力臂上的平衡扭矩T。并记下测试环境的大气压力和温度。 2）进行其它几个工况的测试。在节流网上均匀对称地加上一定量的小圆纸片来调节进风量，以改变风机工况。应注意！在大流量时，加纸片要快，以免当手伸进风管时，引起突然大面积堵塞，致使测压板测压管中的蒸馏水吸出玻璃管而进入橡胶管内。每调节一次风量，即改变一次工况（一般取10个工况，包括全开与全闭），每一工况下，全面进行一次测试，即测量

45、、T和，以及大气压力和现场温度。最后一个工况（即全闭工况）测试时，用纸片或大张纸将节流网全部堵死，使0。 3）测定了不同工况下的上述实验数据以后，利用已知的实验台原始参数和试验环境参数，通过它们之间的关系式，就可计算出各个工况下的风机工作参量：流量、全压、风机静压、功率、全压内效率和静压内效率，进而，就可以绘出风机气动特性曲线数。四、实验数据记录与整理1. 实验数据记录表1 实验台的原始参数记录风管直径DIP0.28m集流器直径dn=0.2m 集流器流量系数n=0.96风管常数l =3 DIP风机进口直径D1=0.28m风机出口面积A2 = a × b = m2 所载平衡扭矩T= N

46、·m大气压力Pa = MPa大气温度t = 表2 风机性能测定实验记录序号名 称符号单 位计算公式或来源测 试 工 况 (10组)12101进口风管压力Pa测 得2集流器负压Pa测 得3平衡扭矩TN·m测 得4转 速rpm测 得5大气密度kg/m36进气压力Pa7进气密度kg/m38流 量Qm3/min9进口动压Pa10进口静压Pa11出口动压Pa12风机动压Pa13风机静压Pa14风机全压Pa15输入轴功率KW16全压内效率17静压内效率2. 实验数据整理计算及绘图将实验测定数据填入表2 中，计算各工况下的其他参数值并填入其中。然后绘制风机气动性能曲线。风机气动特性曲线五

47、、思考题1. 测定某一断面上的压力时，为什么要采用四个互成90º的测压孔来进行？2. 为什么在大流量时，实验过程中加纸片的速度要快？若慢了会有什么结果？3. 若离心风机的进风口被堵住，其功耗变大还是变小？实验七、流体力学综合阻力实验A实验前介绍 双台综合阻力实验台（图1）为流体力学综合性多用途教学实验装置。为双台型，可供两组学生同时进行实验。利用本装置可进行下列实验： 1沿程阻力实验 2局部（阀门）阻力实验 3孔板流量计流量系数测定实验 4文丘里流量计流量系数测定实验 实验装置实验台的结构简图如图1所示。它主要由沿程阻力实验管路1、局部（阀门）阻力实验管路2、孔板流量计实验管路3和文丘里流量计实验管路4等四路实验管所组成，并有水泵及其驱动电机5，塑料储水箱6，有机玻璃回水水箱及计量水箱7（实测流量时用）、压差显示板8（图中未示出）和一些闸门组成的实