热工基础试验指导书

本文格式为Word版，下载可任意编辑——热工基础试验指导书《热工基础》课程

课程编号：438121

实验指导书

主撰人：李艳黎娇爨璋瑜审核人：刘海力

物理与信息工程系热能与动力工程专业教研室

二○一二年四月

前言

试验总体目标:把握热工基本知识、热工试验方法和热工试验技能适用专业年级:热能与动力工程；第三学期、第四学期试验课时分派:36学时序号1234567891011131415试验项目常用热工仪表的使用空气定压比热测定试验二氮化碳PVT关系研究试验喷管特性试验雷诺和伯努利方程综合试验孔口与管嘴流量系数试验文丘里流量计及孔板流量计测定试验稳态法导热系数测量试验恒热流准稳态平板法测定材料热物性中温法向辐射时物体黑度测定试验空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定试验换热器综合试验热电偶校验毕托管测速试验要求类型必必必必必必必必必必必必必必每组试验人数学时22242222224442验证2验证2验证2综合2验证2综合2综合2研究2研究2综合2研究2综合2研究2综合2

试验5雷偌和伯努利方程综合试验

A雷诺试验一、试验目的

1、观测流体在不同滚动状态时滚动质点的运动规律。2、观测流体由层流变为紊流及由紊流变为层流的过渡过程。

3、测定液体（水）在圆管中滚动的临界雷诺数即下临界雷诺数，学会其测定的方法。

二、试验设备及要求

本试验主要使用设备为：LBZ-1雷偌和伯努利方程综合试验台。试验装置如图5-1所示。

颜色罐恒定水箱调理器放气阀测压板佰努力管调理阀雷诺管供水调理阀水箱及水泵回水管图1雷偌和伯努利方程综合试验装置示意图

三、试验原理

流体在管道中滚动，有层流和紊流两种不同的滚动状态，其阻力性质也不同。在试验过程中，保持水箱的水位恒定，即水头H不变。假使管路中出水阀门开启较小，在管路中就有稳定的平均流速V，微启红颜色水阀门，这时红色水与自来水同步在管路中沿轴线向前滚动，红颜色水呈一条红色直线，其流体质点没有垂直于主流方向的横向运动，红色直线没有与周边的液体混杂，

层次明显地在管路中滚动。此时，在流速较小而粘性较大和惯性力较小的状况下运动，为层流运动。假使将出水阀门逐渐开大，管路中的红色直线出现脉动，流体质点还没有出现相互交换的现象，液体的滚动呈临界状态。假使将出水阀门继续开大，出现流体质点的横向脉动，使红色线完全扩散与自来水混合，此时流体的滚动状态为紊流运动。

雷诺数就是表征流体滚动特性的一个重要参数。用Re表示，有：

Re?V?d/?（5-1）

式中，V为流速；d为管路直径，d=27mm；?为水的运动粘性系数。

其中，流速V有：V?Q/A（5-2）式中，Q为流量；A为管路的横截面积，有A??d/4。

流量Q用体积法可测出，即在Δt时间内流入量筒中流体的体积?V。

2Q??V/?t（5-3）

四、试验内容与步骤

1、试验前的准备

（1）开启进水阀门后，启动水泵，向恒水位水箱加水。（2）在水箱的水位达到溢流水平，并保持一定的溢流。（3）测量流体温度。2、测定临界雷诺数Recr

（1）将试验管中的水流调到较小的流速，将普通钢笔水倒进颜色水盒。开启下部小阀门，使颜色水从细管中流出，可此时，可看到试验观众的颜色水细流与管中的水流同步在直管中沿轴线向前滚动，色液浮现一条细直流线，这说明在此流态下，流体的质点没有垂直于主流的横向滚动，颜色水没有与周边的液体混杂，而是层次明显的向前滚动。此时的流体即为层流。（若看不到这种现象，可再细心调理上水阀门和尾部阀门，知道看到有色直线为止。）

（2）缓慢地逐渐开大出水阀门，可观测到有色流线开始出现脉动，但流体质点还没有达到相互交换的程度，即象征为流体滚动状态开始转换的临界状态（上临界点），此时的流速即为上临界流速。

（3）继续开大阀门，会出现流体质点的横向脉动，色线与水全部混合，此时流态为湍流。此后，缓慢地逐渐关小出水阀门，细心观测试验管中的色液滚动变化状况，当阀门关小到一定开度时，可看到试验管中色液出口处开始有有色脉动流线出现，但还没有达到转变为层流的状态，此时，即象征为湍流装变为层流的临界状态（下临界点）。继续关小阀门，试验管中会再次出现细直色线，流体流态变为层流。

（4）测定此时的流量，用记录水箱测量出水流的流量体积。重复三次，即可算出下临界雷诺数。

（5）将测试结果记入试验记录表中。

五、记录与计算

表5-1测试结果记录表次数123?V（m3）tsQ(m3/s)2

V(m/s)Recr水温=℃；运动粘性系数?=m/s；（查表见附表1）

六、思考题

1、试验时为什么要保持溢流状态？

2、比较实测的临界雷诺数和工程上采的临界雷诺数，分析误差原因。

七、本卷须知

1、操作过程需要认真细心，试验时需要相互协同，分工合作，观测与记录试验过程。2、试验时要保持溢流状态。

B、伯努利方程试验一、试验目的

1、观测流体流经试验管的能量转化状况，对现象进行分析，加深对能量方程的理解。2、验证静压原理。

3、把握一种测量流体流速的方法。

二、试验设备及要求

本试验主要使用设备为：LBZ-1雷偌和伯努利方程综合试验台。试验装置如图5-1所示。

三、试验原理与步骤

1、验证静压原理

启动水泵，等水罐满管道后，关闭两端阀门，这时观测能量方程试验管上各个测压管的液柱高度一致，因管内的水不滚动没有滚动损失，因此静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和保持不变，测点的高度和测点的前后位置无关。

2、伯努利方程

实际流体都是有粘性的，在滚动过程中由于磨擦而造成能量损失，能量方程变为：

p?p?Z1?1?1?Z2?2?2?hL（5-6）

r2gr2g其中能量损失hL是由沿程损失hf和局部损失hm两部分组成。3、观测和计算流体流经试验管中能量损失的状况

过水断面的能量由位能、压能、动能三部分组成。在试验管道各断面设置测压管和测速管，

22

即可测出三种能量沿程变化的实际状况。

测压管中水位显示的是位能和压能之和，即能量方程中之前两项：Z?p，即静压；测速rp?2管中水位显示的是位能、压能、动能之和，即能量方程中三项之和：Z??，为全压。

r2g全开阀门，观测总压沿着水流方向的下降状况，说明流体的总势能沿着流体的滚动方向是减少的，改变给水阀门的开度，同时计量不同阀门开度下流量和相应的测压管液柱高度进行记录和计算。

试验在流体滚动平稳的状况下，进行测压和流量的计量。在不同的流量工况下进行测试，将测试的数据填入表中。

伯努利试验管工况点试验数据记录

试验管内径d1=m，试验管内径d2=m，试验管内径d3=m序号1全压123456静压2全压静压3全压静压4全压静压5全压静压体积3时(s)流量3（cm）间(cm/s)4、测量管内轴心处流体速度

能量方程试验管上的每一组测压管都相当于一个皮托管，可测得管内任意一点的流体点速度，本试验台已将测压管开口位置设在能量方程试验管的轴心，故所测得动压为轴心处的，即最大速度。

皮托管求点速度公式：VP?求平均流速公式：V?2g?h（5-4）

Q（5-5）A根据以上公式计算某一工况各测点处的轴心速度和平均流速添入表格，可验证出连续性方程。对于不可压缩流体稳定的滚动，当流量一定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。

将试验结果记录于表5-1。表5-2各测点处的参数记录

项目1序号234点速度Vp（m/s）平均速度V（m/s）管内径（mm）附表1

.标准大气下水的物理性质

温度t/℃051015202530405060708090密度?/kg·m-3运动粘度?×10/m·s-62-1999.81000.0999.7999.1998.2997.0995.7992.2988.0983.2977.8971.8955.3

1.7851.5791.3061.1391.0030.8930.8000.6580.5530.4740.4130.3640.326试验6孔口与管嘴流量系数试验

一、试验目的

1、观测典型孔口和管嘴自由出流的水力现象与圆柱管嘴的局部真空现象。

2、测定孔口、管嘴出流的各项系数：出流断面收缩系数?，流量系数?，流速系数?和阻力系数?。

二、试验设备及要求

本试验主要使用设备为：KGZ-1孔口管嘴试验仪。

试验台由稳压水箱、计量水箱、供水箱、水泵等组成。在试验设备的稳压水箱前侧壁上设置有两种形状的孔口以及圆柱管嘴与圆锥管嘴，箱内有溢流板以保持水头恒定，孔口和管嘴上安装门盖以控制出流。三、试验原理

1、孔口出流原理

如图一所示，对d/H?0.1的小孔口，当为完全收缩时，由于水流惯性作用，在离孔口约d/2的C—C断面处，水流断面收缩到最小，该收缩断面Ac与孔口断面积A的关系为Ac??A。?称为收缩系数。

对水面1-1，收缩断面C-C列能量方程式为：

2pc?cvcvcp1?1v1H0?（6-1）??????g2g?g2g2g22V可（6-1）得：H0?(1??c)c（6-2）

2g由（6-2）可得

Vc?211??c2gH0（6-3）

令??1则Vc??2gH0（6-4）1??c式中：Vc——孔口出流断面上的流速（m/s）。

?——孔口流速系数，根据实测，由于?c=0.06，所以

??11??0.971??c1?0.06H0——孔口的作用水头（m）

孔口的出流量：Q?AV，由于Ac??A，即有cc?Ac?2gH0Q??A?2gH0（6-4）

设????,则有：

Q??A2gH0（6-5）

式中：Q——孔口出流的流量。

?——孔口的流量系数。

将以上各式进行反推，可得孔口出流的各项系数流量系数：??Q

A2gH0AcA收缩系数：??流速系数：??阻力系数：????1?2?1

因此，测出Q、H、A、Ac。即可求出各项系数。2、管嘴出流原理

如图二所示，当器壁较厚或孔口上加接短管并且器壁厚度或管长相当于孔口直径的3～4倍时，则称作管嘴，也叫做厚壁孔口。这种出流现象称作管嘴出流。管嘴出流的特点是，水股先在管内收形成真空，而后再逐渐扩张以至充满整个管嘴而流出。它的局部损失，主要是管嘴入口处的局部阻力损失和水股收缩断面扩大的局部阻力损失，沿程损失忽略不计。

管嘴出流各项系数计算公式与孔口出流的型式完全一样。但由于管嘴出口断面没有变化，即

??1，???。管嘴出流各项系数计算公式如下：

管嘴流量系数：??Q

A2gH0管嘴收缩系数：??1管嘴流速系数：??管嘴阻力系数：??????1?2?1

四、试验内容与步骤

一、记录试验仪器尺寸参数

熟悉仪器，记录孔口直径d孔口、管嘴直径d管嘴和水头H。在圆柱形管嘴收缩断面处设测压管以观测真空现象并测量真空值。出水水股由卡钳测量。在标尺上可读出水箱水位，孔口管嘴的位置高程，及圆柱管嘴的真空度。流量测量采用体积法，由计量水箱计量。秒表自备。

二、孔口与管嘴出流的流量测量

1、启动水泵，并调理供水阀门使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不变，分别开启各孔口管嘴的前盖进行试验。

2、观测各种薄壁孔口出流水股的收缩现象，测量出流收缩断面尺寸，计算收缩断面面积，测量孔口收缩管嘴的作用水头，一般应测3～5次，并取其平均值。

3、根据泄流槽上的刻度读出孔口与管嘴出流的流量，将试验结果记录入表6-1中。4、根据实测数据，计算各项系数,分析探讨试验结果。表6-1试验结果记录表

仪器常数：孔口直径d孔口=cm；水头H=cm；管嘴直径d管嘴=cm分布类别3孔口圆形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴锥管嘴平均流量（cm/s）面积A（cm）3收缩直径dc（cm）收缩断面Ac（cm）真空度收缩系数?流量系数?3流速系数：?

阻力系数：?流股形态

五、思考题

流速系数?是否可能大于1.0？为什么？

六、本卷须知

1、过程中应保持微小溢流；

2、本仪器有实测管嘴真空值的装置，但一般达不到理论值，即作用水头的0.75倍。

试验14毕托管测速试验

一、试验目的

1、了解毕托管测速的构造和测速原理，把握用毕托管测量流速的方法。2、测定管嘴吞噬出流的测点流速和流速系数。二、试验设备

试验台由试验桌、自循环供水箱、水位调理阀、稳压水箱、吞噬管嘴、毕托管、滑轨、回水箱、测压管、滑动测尺等组成。

三、试验原理

1、毕托管测速公式：

u?C2g?h（14-1）式中：u——毕托管测点处的点流速C——毕托管的校正系数，C=1。Δh——毕托管总水头与测压管水头差2、管嘴出流速度公式：

u??2g?H（14-2）