《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 第7章

饱和蒸汽温度与压力关系实验1.实验目的①通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解。②学会压力表和调压器等仪表的使用方法。③通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽t-p关系图表的绘制方法。2.实验原理物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程。汽化过程总是伴随着分子回到液体中的凝结过程。到一定程度时，虽然汽化和凝结都在进行，但汽化的分子数与凝结的分子数处于动态平衡，这种状态称为饱和态，在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸汽分子动能和分子总数保持不变，因此压力也确定不变，称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系一一对应。本实验装置通过利用电加热器给密闭容器中的蒸馏水加热，使密闭容器水面以上空间产生具有一定压力的饱和蒸气。利用调压器改变电加热器的电压，使其加热量发生变化，从而产生不同压力下的饱和蒸气。3.实验系统及装置图1饱和蒸汽温度与压力关系实验装置1-调压器；2-电压表；3-水；4-水银温度计；5-放气（加水）管；6-压力表；7-本体外壳；8-保温层；9-电炉丝实验装置如图1所示，主要由电加热密封容器、压力表、温度计等组成。4.实验步骤及方法①检查确认设备完好无误后，将调压器的输出电压缓缓地调至220V，此时本体里的水开始加热，待水蒸气压力升至某一值时，将电压降至80~100V进行保温，当温度计指示值基本稳定（在1min之内温度上升或下降不超过0.2℃）时，记录下此刻的压力和温度值。②重复上述的步骤，测定下一个工况点，在0~0.6MPa（表压）范围内所测得的工况点不应少于10次，而且工况点应尽量分布均匀。③实验结束后，将调压器指针调到零，并切断该实验台电源。5.实验数据记录实验数据记录表见表1。表1饱和蒸汽温度与压力关系实验数据记录表序号饱和压力（MPa）饱和温度（℃）误差压力表读值p表大气压力pa绝对压力p=pa+p表温度计读值t标准值t标Δt=t标-tΔtt123456789106.实验数据处理及分析①以温度计读值t为纵坐标，以对应绝对压力值P为横坐标，将实验结果点绘制在直角坐标系中，去除特殊偏离点，并拟合曲线。②分析水的饱和蒸气压测量的不确定度来源有哪些。气体定压比热容测定实验1.实验目的①熟悉本实验中的测温、测压、测热和测流量的方法。②掌握由基本数据和基本公式计算比热容的方法。2.实验原理引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有 δq=dℎ−vdp （1）定压时dp=0，有 cp=δq式（2）直接由cp的定义导出，故适用于一切工质。在没有对外界做功的气体的等压流动过程中，有 dℎ=1mδ则气体的定压比热容[单位：kJ/（kg·℃）]可以表示为 cpt1式中m——气体的质量流量，kg/s；Qp——气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。由于气体的实际定压比热容随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热容与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为 cp=a式中，a、b、e等是与气体性质有关的常数。在离室温不很远的温度范围内，空气的比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似表示为 cp=a+则温度由t1升高到t2的过程中所需要的热量可表示为 q=t1t由t1加热到t2的平均定压比热容可表示为 cpt1大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度t1被加热至t2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。当湿空气气流由温度t1加热到t2时，其中水蒸气的吸热量可用式（9）计算。 Qw=mwt1t2式中mw——气流中水蒸气质量，kg/s；Qw——水蒸气的吸热量，kJ/s。则干空气的平均定压比热容由式（10）确定，即 cpmt式中Qp′——湿空气气流的吸热量；kJ/s。3.实验系统及装置图1气体定压比热容测定实验装置1-节流阀；2-流量计；3-比热容仪本体；4-瓦特表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机整个实验装置由风机、流量计、比热容仪本体、电功率调节及测量系统共四部分组成，如图1所示。图2比热容仪本体结构图比热容测定仪本体由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）、电加热器3和均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，进口温度计4测量其初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，出口温度计8测量加热终了温度后被引出，如REF_Ref14760\h图2所示。4.实验步骤及方法①接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。②取下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度t0和湿球温度tw。③将温度计插回流量计，重新调节流量，使它保持在额定值附近，逐渐提高电压，使出口温度计读数升高到预计温度[可根据下式预先估计所需电功率：w=12Δtτ，式中：w为电功率（W）；Δt为进出口温差（℃）；τ④待出口温度稳定后，读出下列数据。a.通过V（m³）气体所花的时间τ（s）。b.比热容仪进口温度t1(℃)，出口温度t2(℃)。c.大气压力计读数B1（kPa），流量计中气体表压Δh(mmH2O）。e.电加热器的功率Qp（W）。⑤测量流量计出口空气的干球温度t0和湿球温度tw确定空气的相对湿度φ。5.实验数据记录表STYLEREF3\s7.1.2-SEQ表\*ARABIC\s31气体定压比热容测定实验数据记录表空气的干球温度t0空气的湿球温度tw大气压力B1流量计中气体表压Δh进口温度t1出口温度t2气体体积V时间τ功率Qp6.实验数据处理及分析暂不启动电加热器，摘下流量计出口与恒温槽连接的橡皮管，把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流干球温度t0相对湿度φ。根据t0和φ值由湿空气的焓-湿图确定含湿量d（g/kg干空气），并计算出水蒸气的容积成分，即 yw=d则气流中水蒸气分压力为 pw=y p=10B1式中p——流量计中湿空气的绝对压力，Pa；B1——当地大气压，kPa；Δh——流量计上压力表（U形管）读数，mmH2O柱。则水蒸气的质量流量mw（kg/s）为 mw=p式中RwT0——绝对温度，K。干空气的质量流量mg（kg/s）为 mg=p式中R——干空气的气体常数，为287J/（kg·K)。电加热器的加热量为： Qp'=3.6则由式（9）和（10）即可求出水蒸气的吸热量和干空气的平均定压比热容。热电偶制作和标定实验实验目的①了解热电偶测温原理和温度测量系统的组成，学习掌握热电偶的焊接方法。②学习校验热电偶的方法。提高学生的动手和自行设计简单实验的能力。实验原理电热偶是工业上最常用的一种测温元件，它是由两种不同的导体丝A和B，焊接组成一个闭合回路而构成的，如1所示。A、B称为热偶丝，也称热电极。当两接点处于不同温度时回路中就会产生一个电势，这种现象称为热电效应，由此效应所产生的电势通常称为热电势。放置在被测温度为t的介质中的接头，称为工作端（热端）；另一接头t0成为参考端（冷端）。图1热电偶原理图常用的金属热电偶材料有：铜-康铜(T型）（常用于-200℃到+200℃测温）镍铬-康铜（E型）（常用于-200℃到+600℃测温）镍铬-镍硅或镍铝（K型）（常用于0℃到+1100℃测温）热电偶的测量端与参考端都是由两种金属焊接制成的。为减小传热误差和滞后，焊接点宜小，其直径不应超过金属丝直径的2倍。焊接的方法可以采用点焊、对焊等，也可以把两个热电偶绞缠在一起再焊，称为绞状点焊，绞缠圈数宜为2～3圈。热电偶测量端的焊接方法很多，如电弧焊，水银焊接，盐水焊接，锡焊等方法，焊前要消除接合处污物和绝缘漆，焊后结点呈小球状，并把结点置于被测温点。冷结点一般采用锡焊将热电偶和铜导线相连接，相互绝缘后置于冰水混合物中。一般实验室所使用的热电偶属于非标准化热电偶，它的分度必须由测温工作者自己标定。热电偶的标定原理是通过热工仪表检定系统恒温水箱（或油箱）控制和维持不同的设定温度，对比标准器具（精度应高于被检器具）的标准温度和被检器具——热电偶的实际温度，进而对热电偶测试温度进行修正标定。实验系统及装置图2热电偶校验系统图标准温度计2-恒温水浴操控面板3-恒温水浴4—水浴加热棒5-水浴搅拌器6-被校热电偶7-冰桶8-高精度毫伏表实验步骤及方法①打开恒温水浴，设置初始水温为30℃。②将热电偶线去除绝缘皮，露出热电偶线裸丝约3～5mm，焊接热电偶及测量导线，注意焊接点不能过大，焊接完毕后使用万用表进行通断测试。③将热电偶冷端放入预先准备好的冰桶里，切记要保证冷端为0℃。④连接热电偶测量导线至高精度毫伏表，打开并设置测量功能为直流电压毫伏档。⑤将热电偶的测量端与标准水银温度计感温头捆绑在一起放人恒温水浴中，待标准温度计读数稳定后，记录水银温度计读数及所制作热电偶的热电势。⑥对照铜-铜镍合金（康铜）热电偶分度表将所测得热电势换算成温度。⑦调节恒温水浴设定温度，使其每次递增10℃（如依次达到40℃、50℃、60℃、70℃)，重复以上步骤，热电偶冷端不变，测量不同温度下的热电势，将数据填入表1中。实验数据记录表1热电偶制作及标定实验数据记录表序号水银温度计读数（℃）被校热电偶热电势（mV）被校热电偶温度（℃）标准误差12345实验数据处理及分析①以热电偶温度为X值，水银温度计读数为Y值，利用Excel软件拟合热电偶修正公式，对热电偶实测温度进行标定。②分析热电偶测试温度产生误差的原因，以及减小热电偶测试误差的方法。③如果实验过程中，热电偶的冷端不在冰水混合物中，而是暴露在空气中（即室温下），对实验结果有何影响？稳态圆球法测定粒状材料导热系数实验目的①在稳定状态下，学习和掌握用圆球法测定颗粒状材料的导热系数。②学会使用电位差计。③通过实验确定该材料的导热系数随温度的变化关系式： （1）实验原理导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是不同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质结构和重度等因素而变化。本实验是在稳定传热条件下，根据圆球导热公式来求得颗粒状材料的导热系数。设有一空心球体，球的内外表面直径分别为d1和d2，温度为t1和t2并保持不变，根据傅立叶定律可得出球体导热公式： Q=2πλ即： λm=Qδ式中λm——球体材料在温度tm=(t1+t2)/2时的导热系数，W/（m·K）；δ——空心球体壁的厚度δ=(d1+d2)/2，m；I——电加热器通过的电流，A；V——电加热器的端电压，V；Q——电加热器的功率，W。在温度变化范围不大的情况下，大多数工程材料的导热系数随温度的变化关系可作为直线关系处理，因此要确定式中λ=f(t)的函数关系，则可以测定在不同温度状态下的λm值。将温度为tm1、tm2、tm3……所对应的λm1、λm2、λm3……值标绘在座标纸上，然后应用图解法求出式中的λ0和b值，从而整理出λ=f(t)的具体表达式。实验系统及装置实验装置如图1所示，其中圆球导热仪本体由两个厚度极薄的同心金属球壳构成，内球壳外表面直径d1=80mm，外球壳内表面直径d2=160mm。两球壳之间松紧均匀地填充满颗粒状材料干黄砂，即本实验的被测材料。内球壳里装有电阻丝绕成的电加热器，由直流稳压电源供给直流电加热。单位时间产生的热量（Q=IV，W）将通过黄砂层由球壁传出。为了测定黄砂层内外的温差，在内球外表面和外球内表面上各装有三组热电偶用来测量其温度，测点1、2、3分别位于内球壳上，测点4、5、6分别位于外球壳上，热电偶热端焊于球壳上，冷端置于冰瓶中，冷热端产生的热电动势用电位差计来测量。测点1、2、3的平均温度即为内球壁面温度t1，测点4、5、6的平均温度即为外球壁面温度t2。图1圆球法测导热系数实验装置实验步骤及方法①将各实验装置连接完成，根据所需功率调节稳压器在指定数值并开始加热。②加热3小时以上进入稳定导热状态，即可开始用电位差计测量并记录各热电偶测温点的热电势，每隔10分钟记录一次，直至相邻两次各点测读数值完全一致或相差极微，取平均值进行计算。然后根据T型热电偶分度表将热电势换算成温度并计算得到t1及t2，同时需记录下加热器的电压V和电流I。③在允许范围内调节稳压器输出电压，改变加热功率，待稳定后重复步骤（二）的操作，分别测量材料的不同温度状态，并计算相应状态下的导热系数。④实验共测试4个不同的工况，即被测材料在4个不同的温度状态下，分别对应的导热系数。实验数据记录表1圆球法测导热系数实验数据记录表组数次数各测点热电势加热器电压加热器电流123456第一工况123第二工况123第三工况123第四工况123实验数据处理及分析①被测材料的平均温度tm由REF_Ref16194\h式（4）计算得出；导热系数λm由式（3）计算得出。 tm=（t1+t2）/2 （4）②应用图解法求得λ=f(t)的具体函数表达式。③分析颗粒状材料在球壁内充填松紧不均匀对实验有什么影响。④若采用两个相同的球导热体导热仪分别测两种导热系数大小不同的材料时，其它条件相同情况下，它们达到传热稳定所需时间是否一样？哪一个长？为什么？大容器内水自然对流换热实验自然对流换热是一种普遍存在的热传递形式。如输电导线，变压器和电器元件的散热，以及高温物体的自然冷却等，多数靠自然对流换热。蒸汽或其他热流体输送管道的热量损失，以及空调或冷冻设备等的热负荷，都与自然对流传热有关。温差是产生自由流动和换热的根本原因。本实验测定的是管子横向放在水中时的自然对流换热系数，并将结果进行整理得出横管自然对流换热特征方程式。实验目的①通过本实验观察温度高的物体在容器内引起水的自然对流现象，建立起对由于温差产生自由流动的认识。②测定水自然对流时的换热系数α，整理出Nu与Ra之间的关系，即Nu=CRan；加深对特征数的理解，培养学生总结分析自然对流换热规律的实验技能。③将实验数据与有关研究结果进行比较，进一步加深对自然对流换热的认识。实验原理自然对流时的换热系数α按下式计算 （1）式中——自然对流时的表面传热系数，W/（m2∙℃）；Q——试件的发热量，W；F——试件的表面积，m2；t2——试件的表面温度，℃；tf——工作介质温度，℃。本实验装置所用的试件是不锈钢管，横放在常温的蒸馏水中。利用电流流过不锈钢管对其加热。这样就构成了表面有恒定热流密度的管。测定流过不锈钢管的电流及管两端的电压降即可准确地确定表面的热流密度。测定表面温度就可以确定表面换热系数的大小。自然对流的换热规律通常可整理成下列特征关系 （2）式中；；（t2-tf）——表面过余温度，℃；d——管外径，m；ρ——流体密度，kg/m3；β——流体体积膨胀系数，1/℃；g——重力加速度，m/s2；cp——流体比热容，J/（kg∙℃）；λ——流体导热系数，W/（m∙℃）；μ——流体动力黏度，Pa∙s。要通过实验整理出上述关系式，必须使Ra数有较大范围的变化，才能保证所整理出的特征方程式的精度。在所用工质不变的条件下，Ra主要取决于（t2-tf）及d的变化，且受d改变的影响更大。因此，本实验中采用不同直径的管子，在不同负荷条件下进行实验。实验系统及装置图1所示为实验装置本体简图。试件1为不锈钢薄壁管，其两端通过电极管3引入低压大电流，将试件加热。试件放在盛有蒸馏水的玻璃容器4中，水被加热后，在试件表面形成自然对流运动。调节电极管的电压，可改变试件表面的热负荷，从而清楚地观察到自然对流随着热负荷的增加而加剧的现象。图1自然对流换热试件本体简图不锈钢管试件2-热电偶3-电极管4-玻璃容器试件的发热量由流过它的电流及其工作段的电压降来确定。要得到较准确的α值，必须排除试件端部的影响，因此在a、b两点测量试件工作段的电压降，以确定通过ab之间表面的发热量Q。试件外壁温度t2很难直接测定，对管状试件用插入管内的铜-康铜热电偶测出管内壁温度t1，再通过计算求出t2。图2大容器内水自然对流换热实验装置简图不锈钢管试件2-热电偶3-电极管4-玻璃容器5-辅助加热器6-热电偶7-冷却管8-转换开关9-电位差计10-硅整流器11-标准电阻12-分压箱要达到上述基本要求，整个实验装置如图2所示。加在试件两端的直流低压大电流由硅整流器供给。改变硅整流器的电压可调节试件两端的电压及流过的电流。测定标准电阻两端的电压降可确定流过试件的工作电流。为方便起见，本实验台省略了冰瓶，测量管内壁温度的热电偶的参考温度不是0℃，而是容器内水的温度tf，即其热端放在试件管内，冷端则放在水中，所以热电偶反映的是管内壁温度与容器内水温之差（t1-tf）的热电势输出E（t1，tf)。容器内水温则用水银温度计测量。为了能用一台电位差计同时测定管内壁热电偶的毫伏值、试件ab间电压降及标准电阻的电压降，装有一转换开关。在测量试件ab间电压降时，由于电位差计量程不够，故在电路中接入一台分压箱。水中所含空气在受试件管壁加热后，将析出并附着在管壁面上，这将破坏水的自然对流流动状况。因此，实验前必须用辅助电加热器先将水加热到沸腾，以排除其中所溶解的空气。然后在冷却管内通冷却水使之冷却，才能进行实验。实验步骤及方法准备与启动按REF_Ref2378\h图2将实验装置测量线路接好，接通仪表，检查其工作是否正常。玻璃容器内充蒸馏水至4/5高度。接通辅助电流器，将蒸馏水烧开，以排除水中吸收的空气，而后关掉辅助电加热器，将冷却水管打开，使之冷却以保证容器内温度维持均匀。启动硅整流器，逐渐加大电流。观察容器内水自然对流的现象缓慢加大试件的工作电流，观察水自然对流现象。随试件工作电流增加，热负荷加大，自然对流现象加剧。热负荷增大到一定程度后，会听到“吱吱”的响声，说明试件表面局部已达到过冷沸腾状态，不可再增加负荷。注意各种不锈钢管工作电流的范围。测定换热系数α为了确定换热系数α，需要测定下列参数：容器内水的温度tf（℃）；标准电阻两端电压降U1（mV）；试件工作段ab间的电压降U（V）； U=TU2×10-3 （3）式中T——分压箱倍率，T=200；U2——工作段ab间的电压经分压箱后测得的值，mV。测得E（t1，tf)测得反映管内壁温度与容器内水温之差的热电偶电势输出E（t1，tf)（mV），由此可确定管内壁温度t1。为了测定不同热负荷下换热系数的变化，在不同工作电流下进行测试，每改变一个工况，待各读数稳定后，记录上列数据。结束前的调零实验结束前先将硅整流器调至零值，然后切断电源。实验数据记录表1大容器内水自然对流换热实验数据记录表tfU1U2E（t1，tf)工况1工况2工况3工况4实验数据处理及分析发热量测量电流流过试件，在工作段ab间的发热量为 Q=IU （4）式中Q——发热量，W；I——流过试件的电流，A；U——工作段ab间电压降，V。电压降由式（3）求得。电流由其流过标准电阻11产生的电压降U1来计算。因为标准电阻为150A/75mV，所以测得标准电阻11上每1mV的电压降等于2A的电流流过。即 I=2U1管外壁温度t2的计算试件为圆管时，按有内热源的长圆管计算，其管外表面为对流放热条件，管内壁面绝热时，根据管内壁温度可以计算外壁温度 （6）式中λ——不锈钢管导热系数，λ=16.3W/(m·K）；Q——工作段ab间的发热量，W；L——工作段ab间的长度，m；——计算系数，℃/W。 （7）水自然对流时的换热系数α在稳定工况下，电流流过试件发出的热量全部通过外表面由蒸馏水自然对流换热带走。 （8）即求得换热系数为 （9）计算Nu及Ra计算相应的Nu及Ra，其定性温度用管外壁温度与流体温度的平均值，tm=(t2+tf)/2。对于水平圆管定性尺寸取管子外径d2。绘图在双对数坐标纸上绘出各实验点，并求出特征方程式。中温辐射时物体黑度测定实验物体表面的黑度与物体的性质、表面状况和温度等因素有关，是物体本身的固有特性，与外界环境情况无关。通常物体的黑度需经实验测定。实验目的①巩固热辐射的基本概念和基本理论，加深对黑度概念的理解。②学习法向辐射率测量仪的基本原理，掌握比较法测定物体表面黑度的实验方法。③通过学生自主动手设计试件、测量数据、分析结果，增强学生的动手实验能力，培养学生灵活运用知识的能力和创新思维。实验原理用n个物体组成的辐射换热体系中，利用净辐射法，可以求物体的纯换热量Qnet,i，即 （1）式中——面的净辐射换热量，W；——面从其他表面的吸热量，W；——面本身的辐射换热量，W；——面的黑度；——面对面的角系数；——面的有效辐射力，W/m2；——面的辐射力，W/m²；——面的吸收率；——面面积，m2。图1物体黑度测定实验装置简图热源2-传导圆简3-待测物体本实验设备简图如图1所示，可以认为：热源、传热圆筒为黑体且热源、传导圆简和待测物体（受体），它们表面上的温度均匀。因此，REF_Ref32514\h式1可以写成 （2）因为，又根据角系数的互换性，则 = （3）由于受体与环境主要以自然对流方式传热，因此 （4）式中——对流换热系数，W/（m2·℃）；——待测物体（受体）温度，℃；——环境温度，℃。由REF_Ref3390\h式（3）、REF_Ref3397\h式（4）可得 （5）当热源和黑体圆筒的表面温度一致时，，并考虑到体系1、2、3为封闭系统，则 （6）由此，REF_Ref4285\h式（5）可以写成 （7）式中——斯蒂芬-玻尔兹曼常量，=5.67×108W/（m2·K4）。对不同待测物体（受体）的黑度为设，则 （8）当为黑体时，，REF_Ref12779\h式（8）可写成 （9）实验系统及装置实验装置如REF_Ref14232\h图2所示。热源具有一个测温热电偶，传导腔体有两个热电偶，受体有一个热电偶，它们都可以通过温度测量转换开关来切换。图2物体黑度测定实验装置示意图实验步骤及方法本仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体两组），使热源和传导体的测温点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面熏黑）两种状态的受体在相同的时间接受热辐射，测出收到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。为了测实成功，最好在实测前对热源和传导体的恒温控制方法进行1-2次探索，掌握规律后再进行正式测试。具体实验步骤如下：①将热源腔体和受体腔体（先用“待测”状态的受体）对正靠近传导体，并在受体腔体与传导体之间插人石棉板隔热。②接通电源，调整热源、传导左和传导右的调温旋钮，使其相应的加热电压调到合适的数值。加热30min左右，对热源和传导体两侧的测温点进行监测，根据温度值，微调相应的加热电压，直至所有测点的温度基本上稳定在要求的温度上。③系统进入恒温后（各测点的温度基本接近，且各测点的温度波动小于3℃），去掉隔热板，使受体腔体靠近传导体，然后每隔10min对受体的温度进行测试、记录，测得一组数据。与此同时，要监测热源和传导体的温度，并随时进行调整。④取下受体腔体，待受体冷却后，用松脂(带有松脂的松木)或蜡烛将受体表面熏黑。然后重复上述方法，对“黑体”进行测试，测得第二组数据。⑤将两组数据进行整理后代入公式，即可得出待测物体的黑度。实验数据记录表1物体黑度测定实验数据记录表序号热源温度/℃传导/℃受体/℃123123平均/℃序号热源温度/℃传导/℃受体（表面熏黑）/℃123123平均/℃实验数据处理及分析根据REF_Ref12779\h式（8），本实验所用计算公式为 （10）式中——相对黑体的黑度，该值可假设为1；——待测物体（受体）的黑度；——受体为相对黑体时热源的绝对温度，K；——受体为被测物体时热源的绝对温度，K；——相对黑体的绝对温度，K；——待测物体（受体）的绝对温度，K。根据本实验的实际情况，可以采用以下方案：对同一待测物体（受体），在完全相同条件下，进行两次实验。一次是将待测物体（受体）用松脂（带油脂的松木）或蜡烛熏黑使它变为黑体，并对其进行实验；另一次是在不熏黑的情况下进行实验。最后，根据这两次实验所得的两组数据，算出该待测物体的黑度。这里是将熏黑的物体看成黑体，其辐射率视为l。空气加热器性能测试实验实验目的①通过以热水为热媒的空气加热器中空气被加热过程的测试，加深对表面式空气加热器换热理论的理解。②掌握表面式空气加热器热工性能的测试方法。③分析空气加热器传热系数的影响因素，并确定其随空气流速的变化关系式。实验原理在设计空气加热器的结构时，应满足热工、流体阻力、安装使用、工艺和经济等方面的要求。最主要的是在一定的外形尺寸和金属材料用量下，其空气加热器的放热量最大和空气通过的阻力最小。经过研究结果表明，空气加热器的传热系数及空气阻力与下列几种因素有关。（1）空气加热器有效断面上的空气平均速度。（2）空气密度。（3）空气通过的管子排数及其管径。（4）管内热水的流速。当热媒为热水时，空气加热器的传热系数及空气阻力可由下列关系式表示。 （1） （2）式中——经验系数，与空气加热器的结构有关；——空气加热器有效断面上的空气流速，m/s；——空气密度，kg/m3；——加热器管束内热水的流速，m/s；——经验指数，与空气加热器的结构有关。本实验保持加热器管束内热水的流速不发生改变，则传热系数与空气流速的变化关系式可表示为： （3）在试验工况条件下，测量出加热器前后的空气参数和供热水温度、水量等参数后，分别计算出空气通过加热器所得到的热量及热水所放出的热量，当两者热平衡偏差符合规定值后，根据传热学公式可计算出传热系数值。计算空气通过加热器得到的热量(kw) （4）式中——1.01（KJ/kg•℃），湿空气的定压比热；——空气的平均流速，m/s；——风管断面面积，m2；——加热前、后空气的温度，℃。计算加热器从热水得到的热量(kw) （5）式中——4.2（KJ/kg•℃），水的比热容；——热水流量，kg/s；——进出水温度，℃。计算热平衡误差 （6）当在10%以内时方满足要求。计算空气加热器传热系数 （7）式中——空气加热器的换热面积，m2；——热煤温度与空气平均温度之差，℃。实验系统及装置空气加热器性能测试实验台如图1所示，包括风机、毕托管、微压计、热水机组、水泵、数字温度计等。图1加热器性能测试实验台实验步骤及方法①实验前先熟悉实验系统中的各个设备及要调试的部件，并准备好测试仪表。②打开空气源热泵机组，设定出水温度40℃，调节热水供水系统使热水供水量及供水压力稳定。③启动风机。空气在风机作用下流入风管，经空气加热器加热后排出。当系统运行正常，系统工况稳定后即可进行测量。④热水流量用转子流量计测量，热水进入加热器前后的温度用铜—康铜热电偶测量，在加热器前后各设一个测点。⑤用毕托管及微压计测量各测点的动压，进而计算出风管内空气的平均流速。空气被加热前后的温度，由玻璃温度计测得，在加热器前后各设一个测点。通过空气加热器的空气阻力可用微压计测量。⑥调节风机前的阀门改变系统的进风量，热水侧参数保持不变，重复步骤（四）和（五），共测试4组不同风量下的实验数据，每次间隔10分钟左右。⑦测试结束后关闭热水系统阀门，风机继续运行5分钟后关闭，最后关闭电源。实验数据记录表1空气加热器性能测试实验数据记录表环境气象参数干球温度（℃）相对湿度（%）大气压力（kPa）空气测参数热水测参数序号进风温度（℃）出风温度（℃）平均流速（m/s）加热器压差（Pa）进水温度（℃）出水温度（℃）供水流量（L/h）1234实验数据处理及分析①将计算后的数据填入表2。表2空气加热器性能测试实验数据处理表序号(kw)(kw)（℃）（w/m2℃）（m/s）1234②根据实验所得数据求出的关系式。③对比空气得到的热量和热水的放热量，分析热平衡误差产生的原因。④分析影响空气加热器传热系数的因素。静力学实验实验目的①验证静力学的基本方程。②学会使用测压管与U形测压计的量测技能。③灵活应用静力学的基本知识进行实际工程量测。实验原理由流体静力学的基本方程 （1）可知，在不可压缩静止流体里，任意一点的位置水头与压强水头之和是一个常数，即静止流体中任意点的测压管水头相等。在重力作用下，静止流体中任一点的静压强p也可以写成如下形式： （2）式中Z——被测点相对于基准面的位置高度；p——被测点的静水压强；p0——作用在液面上的压强，为表面力，它可以是固体对液体表面施加的作用力，也可以是一种液体对另一种液体表面的作用力，或气体对液体表面的作用力；——质量力重力引起的压强，，表示底面积为单位面积、高为h的圆柱体的液体重量。REF_Ref18875\h式（2）反映出静止液体中，任意点的静压强p随淹没深度h按线性规律变化。实验系统及装置流体静力学实验仪由盛水密闭容器、连通管、测压管、U形测压管、真空测压管、通气阀、截止阀、加压打气球、减压阀等组成，如REF_Ref18950\h图1所示。U形测压管中可注入不同种类的液体，以测定该液体的容重。图1流体静力学实验仪1-测压管；2-带标尺测压管；3-连通管；4-真空测压管；5-U形测压管；6—通气阀；7-加压打气球；8-截止阀；9-油柱；10—水柱；11-减压放水阀实验步骤及方法熟悉仪器的构成及其使用方法①关闭阀11，打开通气阀6，则1、2管液面齐平。②加压：关闭阀6、8、11，捏压加压打气球7，此时1、2管液面高程将高于水箱液面高程，表明密闭水箱液面处于正压状态。③减压：关闭阀6、8，开启减压放水阀11，待1、2管液面高程低于水箱液面高程后关闭阀11，此时密闭水箱液面为负压。④检查仪器密闭状况：加压后观察1、2、5管液面高程是否恒定。若下降，表明仪器漏气，需查明原因并予以解决。记录各点标高，确立测试基准面测点标高：ΔB、ΔC、ΔD分别为B、C、D点相对于带标尺测压管2的零点高程（为仪器名牌标注)测点位能：ZB、ZC、ZD分别为以容器底部D点的水平面为基准面，单位重量流体具有的位置势能。测量各点静压强①关闭阀11，开启通气阀6，此时p0=0。记录水箱液面标高0和测压管2液面标高2（此时0=2）。②关闭通气阀6和截止阀8，捏压加压打气球7，加压使p0>0，测记及0及2（加压3次）。③关闭通气阀6和截止阀8，开启减压放水阀11，使p0<0（减压3次，要求其中一次，2<3），测记0及2。测定油容重①开启通气阀6，使p0=0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，加压打气球7，使p0＞0，并使U形测压管中的油水界面略高于水面，然后微调加压打气球首部的微调螺母，使U形测压管中的油水界面齐平于水面REF_Ref19152\h图2，测记0和2（此过程重复进行3次，3次的测试误差控制在小于2mm为宜），取平均值，计算2-o=h1。设油的容重为，为油的高度。由等压面原理有：（3）图2油水界面齐平于水面图3水面与油面齐平②开启通气阀6，使p0=0，即测压管1、2液面与水箱液面齐平后再关闭通气阀6和截止阀8，然后开启放水阀11减压（p0<0），使U形管中的水面与油面齐平REF_Ref19182\h图3，测记0及2（此过程重复进行3次，3次的测试误差控制在小于2mm为宜），取平均值，计算0-2=h2。由等压面原理同样有： （4）整理得： （5） （6）实验数据记录与处理实验数据记录与处理表见REF_Ref19436\h表1、REF_Ref19459\h表2。表1流体静压强测量记录与计算表液面条件序号水箱液面0测压管2液面2压强水头测压管水头=2-B=2-C=2-Dp0=01p0>0123p0<0123表2油容重测量记录及计算表条件次数水箱液面0测压管2液面22-o2-o的平均值p0>0且U形管中水面与油水交界面齐平1h123p0<0且U形管中水面与油面齐平1h223由REF_Ref19554\h式（7）计算得出： （7）实验分析①为避免毛细管现象的影响，在测压管的读数上如何减少误差?②静止流体中，不同断面测压管水头线如何变化?不可压缩流体恒定流动的能量方程实验实验目的①掌握均匀流的压强分布规律以及非均匀流的压强分布特点。②验证不可压缩流体恒定流动中各种能量间的相互转换。③学会使用测压管与测速管测量压强水头、流速水头与总水头。④理解毕托管测速原理。实验原理实际流体在流动过程中除遵循质量守恒原理外，必须遵循动能定理。质量守恒原理在一维总流中的应用为总流的连续性方程，动能定理在一维总流中的应用为能量方程。它们分别如下： （1） （2）式中下标1、2——分别表示总流前、后两个渐变流或均匀流过流断面上选定的两个计点；z——计算点相对于选定基准面的位置高度，cm；——液体容重，Kg/m3；p——计算点的压强，Pa；A——断面面积，cm2；Q——通过断面的流量，m3/s；——断面平均流速，m/s；——动能修正系数；hw——流体在该两个过流断面之间产生的水头损失，cm。总流能量方程在推导过程中由于引入了许多简化条件，因而，方程在应用时必须满足以下条件：①总流为均质不可压缩流体的恒定流。②质量力中只有重力。③所选取的计算断面（过流断面）必须取在均匀流或者渐变流段上，但两过流断面之间可以是急变流。④总流的流量沿程不变，它没有流量的分出或汇入。⑤在两计算断面之间没有外部能量输入或者输出。实际流体中，总水头线始终沿程降低，实验中可以从测速管的液面相对于基准面的高度读出。测压管水头线可以沿程升高，也可以是沿程降低的，具体要视过流断面的平均流速大小而定。对于某断面而言，测压管水头等于该断面的总水头减去其流速水头。同样，断面平均流速也可以用总水头减去该断面的测压管水头得到，毕托管测定点流速即是利用这一原理求得的，即： （3）式中——毕托管修正系数；p——被测点的静水压强，Pa；ps——滞止点的压强，Pa；h——两断面间的测压管水头差，cm。实验系统及装置能量方程实验仪由自循环供水器（循环水泵）、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、可控硅无级调速器、实验管道（包括3种管径管道、文丘里管、直角弯管、突扩突缩管和阀门）、流量调节阀、接水盒、回水管、测压计等组成，如REF_Ref19952\h图1所示。测点1、6、8、12、14、16、18为测速管；2、3、4、5、7、9、10、11、13、15、17、19为测压管；测点6、7所在断面内径为d2，测点16、17所在断面内径d3，其余均为d1；测点2、3为直管均匀流段同一断面上的两个测压点，10、11为弯管非均匀流段同一断面上的两个测点。图1能量方程实验仪实验步骤及方法①打开电源，启动供水系统，水箱供水至溢流，排净实验管道内的空气后关闭流量调节阀。检查所有的测压管液面是否齐平，若不平需查明原因并排除气体。②全开流量调节阀，使测压管19液面尽可能接近标尺零点，待流动稳定后记录各测压管与测速管液面读数；同步定时测量时段流出水体的体积，并计算流量，2~3次取平均。③逐级调节流量调节阀的开度，调节流量，待流动稳定后，测读测压管与测速管液面读数；按与步骤（二）相同的方法同步测算流量。改变流量调节阀的开度，测取3组不同的流量，计入REF_Ref8336\h表1中。④实验完毕后，先关闭流量调节阀，检查所有的测压管液面是否齐平；若不平表明实验有故障，应排除故障重新实验。确认无误后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。⑤分析计算各断面的流速水头、测压管水头与总水头，从而计算沿程水头损失与局部水头损失，并比较突然扩大与突然缩小的测压管水头及其水头损失。⑥在均匀流断面上，推求测速管处的流速，将测试与计算结果列于REF_Ref9038\h表2。实验数据记录基本参数：水箱液面高程0，上管道轴线高程上，下管道轴线高程下，管道直径d1，d2，d3。表1测点液面读数与断面能量转换测量记录计算表测点位置水头Z压强水头流速水头测压管水头总水头H测压管水头差总水头差2345678910111213141516171819实验数据处理及分析表2毕托管测速记录计算表测点编号6/78/912/1314/1516/1718/19毕托管读数测压管读数测点流速水头测点流速①绘制测压管水头线、总水头线（REF_Ref9142\h图2）。②比较均匀流段同一断面上的两个测点2、3的测压管水头值的大小；比较非均匀流段（弯管段）同一断面上的两个测点10、11的测压管水头值的大小。③计算突然扩大和突然缩小的局部水头损失并与理论值比较。④按文丘里流量计原理计算管路通过的流量并与实测值比较。图2测压管水头线与总水头线文丘里流量计实验实验目的①学会使用测压管与U形差压计的量测原理。②掌握文丘里流量计测量流量的方法与原理。③掌握文丘里流量计测定流量系数的方法。实验原理文丘里流量计是一种测量有压管流中液体流量的仪器，它由渐缩段、喉管与渐扩段三部分组成，见REF_Ref9972\h图1。在渐缩段进口与喉管处分别安装一根测压管或连接一压差计。若测得测压管水头差△h或水银压差计的水银液面高差△hHg，由能量方程原理可计算得通过管道的流量和文丘里管的流量系数。设任选一基准面0-0，选取渐缩管的进口断面1-1与喉管断面2-2为计算断面。建立1-1、2-2断面的伯努利方程，并取两断面管轴中心点为计算点，有： （1）建立1-1、2-2断面的连续性方程： （2）由REF_Ref9534\h式（1）、REF_Ref9541\h式（2）可得： （3）式中z——被测点相对于基准面的位置高度，cm；p——被测点的静水压强，Pa；——液体容重，Kg/m3；hw——两断面间的水头损失，cm；——压强水头，cm；——流速水头，cm，为动能修正系数。其中，称为文丘里管常数，其值取决于文丘里管的结构尺寸。实际流量与理论流量之比称流量系数，即：。则实际流量为： （4）若测得测压管水头差，有，则 （5）实验系统及装置文丘里流量计实验仪由自循环供水器（循环水泵）、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、可控硅无级调速器、实验管道、文丘里流量计、流量调节阀、接水盒、回水管、复式压差计、滑动测量尺等组成，如图1所示。图1文丘里流量计实验仪实验步骤及方法①启动电源供水，全开流量调节阀，排除管道内的气体。同时，观察复式压差计液面是否全部处于滑动测量尺标尺读数范围内，若是则进行步骤（三），否则按步骤（二）调整。②关闭流量调节阀，待复式压差计液面稳定后逐次松开压差计上的两气阀，使1、4测管液面大约为28.5cm，2、3测管液面大约为24.5cm后拧紧压差计气阀，然后全开流量调节阀，检查压差计液面在标尺上的读数范围，直至符合要求为止。③校关闭流量调节阀，检查复式压差计的压差和是否为零，即∆h=h1-h2+h3-h4=0。由于毛细现象的存在，容许校核时∆h≤0.2cm。④全开流量调节阀，待流量稳定后读取复式压差计读数，同时测算流量，并记入表1中。⑤改变流量调节阀的开度，调节流量，重复步骤（四），测取6个不同的流量。⑥实验完毕，关闭流量调节阀，再次校核复式压差计压差和是否在容许误差以内。若超过容许误差，则应当排除故障重新实验，确认无误后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。实验数据记录记录实验基本参数：恒定液面高程：0，管道轴线高程：，管道直径：d1，喉道直径：d2。实验数据记录表见REF_Ref10203\h表1。表1文丘里流量计数据记录表序号压差计读数（cm）体积V（cm3）时间t（s）h1h2h3h4123456实验数据处理及分析表2文丘里流量计数据计算表序号实际流量Q(cm3/s)压差(cm)理论流量(cm3/s)流量系数123456①根据测试与计算结果，在坐标纸上绘制流量压差曲线图（Q～Δh）。②文丘里喉管中是否产生负压，根据实验如何减少文丘里管中喉管中的负压？最大可能真空有多大？③文丘里管中流量系数的影响因素有那些？不可压缩流体恒定流动的动量方程实验实验目的（一）熟练应用连续性方程、能量方程和管嘴出流的流量公式。（二）验证不可压缩流体恒定流动的动量方程。实验原理本实验中，流体通过一管嘴射出冲击墙面，因此流体射出后的速度可采用由能量方程推出的管嘴出流的流量和流速公式计算： （1） （2）不可压缩流体恒定流动动量方程： （3）忽略滑动摩擦阻力，则REF_Ref10700\h式（3）左边为：，右边为：，则： （4） （5）式中——液体容重，Kg/m3；D——活塞直径，cm；hc——活塞形心水深，cm；Q——管嘴出流量，即射流流量，m3/s；1——动量修正系数；——管嘴出流流速，即射流流速，m/s；——射流对活塞冲击力，N；——液体密度，Kg/m3。实验中，在平衡状态下，只要测得流量Q和活塞形心水深hc，由给定的管嘴直径d和活塞直径D，代入上式，便可验证动量方程，并确定射流的动量修正系数值。实验系统及装置动量方程实验仪由自循环供水器（循环水泵）、恒压水箱、溢流板、稳水孔板、水位调节板、管嘴、带活塞和翼片的抗冲平板、测压管、可控硅无级调速器、接水盒、回水管等组成，如图1所示。REF_Ref11177\h图2为带活塞和翼片的抗冲平板的活塞退出活塞套时的示意图。由图中看出，活塞中心设有一细小导水管a，进口端伸出活塞头部，出口方向与轴向垂直。在平板上设有翼片b，活塞套上设有泄流槽孔c，后接测压管。当水从管嘴射出时，在射流冲击力的作用下，水流经过导水管a向测压管内注水。当射流冲击力大于测压管内水柱对活塞的压力时，活塞内移，槽孔c关小，水流外溢减少，使测压管内的水位上升，水压力增大；反之，活塞外移，槽孔开大，水流外溢增多，测压管内的水位降低，水压力减少。在恒定射流冲击下，经短时间的自动调整，即可达到射流冲击力和水压力的平衡状态。图1动量方程试验仪图2带活塞和翼片的抗冲平板实验步骤及方法①调整测压管位置。待恒定水箱溢流后，松开测压管固定螺丝，调整方位，要求测压管垂直、螺丝对准十字中心且十字中心水平线应与标尺零点重合，并使活塞转动轻快，然后拧紧螺丝。②测读水位。标尺的零点已固定在活塞圆心的高程上。当测压管内液面稳定后，记录测压管内液面标尺读数即hc值，以及恒定水箱液面读数H。③测定流量。利用体积时间法，在上回水管的出口处测量射流流量。测流时间要求尽可能长。④根据测试数据现场计算结果，要求β1介于1.02~1.05间。⑤改变作用水头重复实验。逐次打开不同高度上的溢水孔盖，改变管嘴的作用水头。调节调速器，使溢流量适中，待水头稳定后，按上述步骤重复进行实验。⑥实验完成后先关闭关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。实验数据记录与处理①记录实验基本参数：管嘴内径d，活塞直径D。②实验数据记录与处理见REF_Ref11317\h表1。表1动量方程实验数据记录与处理表序号体积V时间t流量Q活塞作用水头hc管嘴作用水头H0射流流速动量力Fx动量修正系数管嘴流量系数12345实验数据分析①动量修正系数是否等于1，为什么？②测压管液面与管嘴作用水头的关系如何？③带翼片的平板在射流作用下获得力矩，这对分析射流冲击无翼片的平板沿x方向的动量方程有无影响，为什么？局部水头损失实验实验目的①掌握三点法、四点法量测局部阻力系数的技能；②验证圆管突然扩大局部阻力系数公式及突然缩小局部阻力系数经验公式；③加深对局部阻力损失机理的理解。实验原理局部阻力或是由于边界面积大小变化引起的边界层分离现象产生，或是流动方向改变时形成的螺旋流动造成，或者两者都存在造成的局部阻力，因此，很难能用一个公式表示。通常，局部水头损失用局部阻力系数和流速水头的乘积表示，即 HJ=ζv式中，ζ——局部水头损失系数。由能量守恒定律有： ℎj1−i大多数情况的局部阻力系数只能通过实验测定，目前管道突然扩大的局部水头损失系数可采用理论分析，得出足够精确的结果。突然扩大的局部水头损失可应用动量方程、能量方程以及连续性方程联合求解，得到 ℎj=1−或 ℎj=A式中，A1，v1——突然扩大前断面的面积和平均流速；A2，v2——突然扩大后断面的面积和平均流速，且A1<A2。对于突然缩小的局部阻力系数为： ζ=0.51−A实验系统及装置局部水头损失实验仪由自循环供水器(循环水泵）、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、突然扩大与突然缩小实验管道、测压管、流量调节阀、接水盒、回水管等组成，如REF_Ref11673\h图1所示。图1局部水头损失实验仪实验步骤及方法①熟悉实验仪器并记录相关基本参数。②打开电源供水，待水箱溢流恒定后全开流量调节阀，排除实验管道内气体。管道内气体排净后关闭流量调节阀，检查测压管液面是否齐平。③全开流量调节阀，待流量稳定后，采用时间体积法测算流量，并计算通过各管段的流速，同时读取测压管液面高度。④调节流量调节阀开度，逐级放大流量，重复步骤（三），测试5组流量，记录数据到REF_Ref11755\h表1中。⑤关闭流量调节阀，再次检查测压管液面是否齐平。若未齐平，则需重新实验。齐平后关闭电源，将仪器恢复到实验前状态。实验数据记录①记录实验基本参数：测点管段直径：d1、d2、d3、d4、d5、d6；测点间距：L1-2、L2-3、L3-4、L4-b、Lb-5、L5-6。②实验记录表1局部水头损失实验测试数据记录表序号体积V时间t流量Q测压管读数12345612345实验数据处理及分析①实验数据计算对于1-2断面，突然扩大的局部阻力损失实测值为： ℎj1−2=其中： ℎf1−2=1对于4-5断面，突然缩小的局部阻力损失实测值为： ℎj4−5=其中： ℎf4−B ℎf3−5=表2局部水头损失实验数据处理表阻力形式序号流量Q前断面后断面前后断面沿程阻力损失hf实测局部阻力损失值hj实测局部阻力系数ζα总水头Hα总水头H突然扩大12345突然缩小12345②结合实验成果，分析比较突然扩大与突然缩小在相应条件下的局部损失大小关系。③结合流动仪演示的水力观象，分析局部阻力损失机理何在？产生突然扩大与突然缩小局部损失阻力损失的主要部位在哪里?怎样减小局部阻力损失?恒定孔口、管嘴出流实验实验目的①理解孔口和管嘴出流的特点；②掌握孔口与管嘴出流的流量系数、流速系数、侧收缩系数、局部阻力系数的量测技能；③通过测试，了解进口形状对孔口管嘴出流能力的影响。实验原理在容器上开孔，流体经孔口流出的水力现象称孔口出流。根据能量方程可推得以下流量公式： Q=Av=εAφ2gH μ=εφ=ε1+式中H0——包括行径流速和液面压强在内的孔口中心线上的作用水头，cm；ξ——孔口处的局部阻力系数；ε——收缩系数，ε=AcAc——收缩断面面积，cm2；φ——流速系数；μ——在容器孔口断面上接一段长l=(3～4)d管径的管嘴，流体经此管嘴并在出口断面充满整个管嘴断面的出流现象称管嘴出流。管嘴出流的流量和流量系数的计算方法、公式与孔口出流相同，但流量系数有所不同。 Q=Av=A2gH0本实验中，若不考虑水头损失，按理想流体可得管嘴或孔口的理论流量： Q理论=A2gH0则流量系数为： =Q实测Q理论实验系统及装置孔口与管嘴出流实验仪由自循环供水器（循环水泵）、实验台、无级调速器、水箱、溢流板、稳水孔板、孔口、管嘴、挡水旋板、移动触头、上回水槽、标尺、测压管、接水盒、回水管等组成，如REF_Ref12450\h图1所示。图1孔口管嘴出流实验仪1—自循环供水器；2—实验台；3.可控硅无极调速器；4.恒压水箱；5.溢流板；6.稳水孔板；7.孔口管嘴（图内小字标号1#圆角形管嘴，2#直角形管嘴，3#圆锥形管嘴，4#孔口）；8.档水旋板；9.测量孔口射流收缩直径的移动触头；10.上回水槽；11.标尺；12.测压管实验步骤及方法①熟悉实验仪器并记录相关基本参数。②启动电源供水，待恒压水箱溢流后打开1#圆角管嘴，恒定液面稳定后测记恒定液面高程标尺读数H1、流量Q，完毕后堵塞1#管嘴。③打开2#管嘴，测记恒定液面高程标尺读数H1及流量Q，观察和量测直角管嘴出流时的真空度，完毕后堵塞2#管嘴。④打开3#圆锥形管嘴，测记H1及Q，完毕后堵塞3#管嘴。⑤打开4#孔口，观察孔口出流现象，测定H1及Q，并照下述方法测记孔口收缩断面直径：松开孔口两边的移动触头螺丝，先移动一边触头将其与水股切向接触后旋紧螺丝，再移动另一边触头使之与水股切向接触并旋紧螺丝，然后用档水旋板关闭孔口，用卡尺测量触头间距，即为射流直径。实验数据记录及处理①记录相关基本参数：圆角管嘴d1，出口高程读数z1；直角管嘴d2，出口高程读数z2；圆锥管嘴d3，出口高程读数z3；孔口d4，出口高程读数z4。②完成REF_Ref12578\h表1。表1孔口管嘴出流实验数据记录与处理表分类项目1#圆角管嘴2#直角管嘴3#圆锥管嘴4#孔口水面读数H1体积V时间t流量Q平均流量Q作用水头H0面积A流量系数测管读数H2真空度Hv收缩直径dc收缩断面Ac收缩系数ε流速系数φ阻力系数ξ实验数据分析①分析孔口出流与管嘴出流流量系数的影响因素。②结合观测不同类型孔口管嘴出流流股特征，分析流量系数不同的原因及增大过流能力的途径。堰流实验实验目的①理解掌握薄壁堰、实用堰与宽顶堰堰流的水力特征、功能和流量计算的基本方法。②掌握测量薄壁堰与实用堰流量Q、流量系数m和淹没系数的实验技能，并测定无侧收缩宽顶堰的m及值。③观察有坎、无坎宽顶堰或实用堰的水流现象，理解下游水位变化对宽顶堰过流能力的影响作用。实验原理堰的分类根据堰墙厚度或顶长与堰上水头的比值不同而分成三种：薄壁堰（/<0.67）；实用堰（0.67</<2.5）；宽顶堰（2.5</<10）。实验时需检验/是否在相应范围内。堰流流量公式 自由出流 （1） 淹没出流 （2）式中——流量，m3/s；——淹没系数，——堰流流量系数，——堰宽，m；——总作用水头，m。由自由出流流量公式知，只要测定、，则可得出堰流流量系数值。堰流流量系数经验公式（1）圆角进口宽顶堰 （当≥3时，=0.36） （3）式中P1——堰上作用水头，m。（2）直角进口宽顶堰 （当≥3时，=0.32） （4）堰上总作用水头本实验需测记渠宽、上游渠底高程、堰顶高程、宽顶堰厚度、流量、上游水位及下游水位。进而按下列各式计算确定上游堰高、行近流速、堰上作用水头和总作用水头： （5） （6） （7） （8）实验系统及装置堰流实验仪由水泵循环供水系统、水槽、测针、三角堰、宽顶堰或实用堰、尾门等部分组成，见REF_Ref6456\h图1。实验采用自循环水泵系统供水，回水储存在蓄水箱15中。实验时，由水泵14向实验水槽1供水，水流经三角形薄壁堰量水槽5流回到蓄水箱15中，水槽首部有稳水、消波装置，末端有多孔尾门及尾门升降机构。槽中可换装各种堰闸模型。堰闸上下游以及三角形薄壁堰量水槽水位分别用测针3与6测量。图1堰流实验装置1—有机玻璃实验水槽；2—稳水孔板；3、测针；4、实验堰；5、三角堰量水槽；6、三角堰水位测针筒；7、多孔尾门；8、尾门升降轮；9、支架；10、旁通管微调阀门；11、旁通管；12、供水管；13、供水流量调节阀门；14、水泵；15、蓄水箱图2水位测针实验步骤及方法实验步骤及方法（以宽顶堰为例）①熟悉实验仪器，记录有关参数。②根据实验要求流量，调节阀门13和下游尾门开度，使之形成堰下自由出流，同时满足2.5</H<10的条件。待水流稳定后，观察宽顶堰自由出流的流动情况，定性绘出其水面线。③用测针测量堰的上、下游水位，在实验过程中不允许旋动测针针头。④待三角形薄壁堰和测针筒中的水位完全稳定后（约5分钟左右），测记测针筒中水位。⑤改变进水阀门开度，测量3组流量下的实验参数，计算流量系数m。⑥调节尾门，抬高下游水位，使宽顶堰成淹没出流。判别淹没出流的条件是≥0.8，其中为下游水位超过堰顶的高度。可调节尾门改变尾水位高度，以形成自由出流或淹没出流实验流态。测记流量Q及上、下游位。改变流量重复2次。⑦由REF_Ref13731\h式（2）计算淹没系数。通过变换不同堰体，演示各种堰流水力现象及其下游水面衔接形式。实验数据记录及处理①记录相关基本参数：渠宽b，宽顶堰厚度δ，上游渠底高程，堰顶高程，上游堰高，上游水位及下游水位。三角堰流量公式： （9） （10）式中——三角堰堰顶水位（实测），m；——堰顶高程（实验时为常数），m；——率定常数，标明于设备铭牌上。②完成REF_Ref17661\h表1。实验数据分析①测量堰上水头值时，堰上游水位测针读数为何要在堰壁上游（3~4）附近处测读？②为什么宽顶堰要在2.5</<10的范围内进行实验？③有哪些因素影响实测流量系数的精度？如果行近流速水头略去不计，对实验结果会产生何种影响。表1堰流实验数据记录表堰顶高程实测流量堰上游水位堰上作用水头行进流速流速水头堰顶总水头流量系数堰下游水位下游水位超顶高淹没系数实测值经验值实测值经验值宽顶堰实用堰三角堰通风机性能实验实验目的①了解离心风机的结构特点和工作原理；②熟悉风机各项性能参数及其测试方法；③绘制特定转速下的离心风机的性能曲线。实验原理在转速n不变时，一个流量Q对应一组p、N、η值，分别测定在不同流量时各组的p、N、η值，将测值光滑地连接起来就得到p-Q曲线、N-Q曲线和η-Q曲线。下面分别讲述这些参数的測定方法。①动压

Pd

、风量Q的测试用毕托管和微压计测定动压和流量Q，其测试方法参见《风管内风压、风速、风量的测定》，其公式为 pdcm=p v=2p或用DF-3型热球风速仪、386多参数通风表直接测量风管里的风速，再计算出平均风速v， v=v1平均动压pdcm pdcm=ρ Q=VA （5）②风压p p＝p+1.15pd （6）式中p——风机风压，又称风机全压，Pa；Pi——静压，Pa；pd——平均动压，Pa。考虑到从风机出口至静压测点存在着压力损失，所以用0.15pd加以修正。此值很小，一般也可忽略不计。③功率N风机的功率通常指输入功率，即原动机传到风机轴上的功率，故称轴功率，用N表示。本实验中轴功率采用平衡电机法，即 N=Mω （7） ω=2πn/60 （8） M=FL=mgL （9）式中M——作用在风机轴上的力矩，也就是作用再电机轴上的反力矩，J；m——台秤的读数，kg；g——重力加速度，取9.81m/s2；L——力臂长度，即砝码中心至电机中心的距离，m；n——电机的转速，r/min。④效率η风机的输出功率又称有效功率Ne，它表示单位时间内气体从风机中获得的实际能量，等于风压与流量的乘积。效率表示输出的轴功率N被气体所利用的程度。 η=NEN=实验装置图1实验装置示意图压力测试①毕托管②微压计③手持式数值压力表④热球风速仪⑤通风表⑥U型管⑦空盒气压表功率测试①台秤②机械转速表和激光转速表实验步骤和方法①记录各项实验参数，计算出空气密度。②将阀门关闭，开启风机，此时Q=0，测定零流量时的p、N值。对离心风机，此时功率N最小，η＝0。③逐渐加大阀门开度，每加大一次开度，测定一组Q、p、N值和计算一次η值；逐次加大开度可得出不同流量Q下的p、N、η值。④将实验结果点绘在坐标纸上，再将测值点光滑地连接起来即为转速

n

下的

p-Q

曲线、N-Q曲线、η﹣Q曲线。注意事项：①同一工况下不可改变阀门开度；②使用倾斜式微压计读数时若液面上下波动取其平均值；③改变阀门开度和将毕托管伸入风管时，密切关注液柱是否可能超出量程。实验数据记录及处理表1实验原始记录及数据计算结果风机型号：空气密度ρ:断面面积A:大气压B:风管内温度t:风管管径D:力臂长度L：重力加速度g=9.8lm/s2工况风量Q测定风压测定有效功率Ne轴功率N测定效率η平均动压pdcm平均风速v（m/s）风量Q（m3/h）静压pj（Pa）全压p（Pa）台秤读数m（kg）力矩M（J）风机转速n（r/min）角速度ω(s-1)轴功率N(W)123456实验数据分析①样本上的同类风机性能曲线对比，分析异同点以及产生不同的原因？②你认为如何提高测试精度？③风机全压曲线和静压曲线有何差异？风管中风量、风压和风速测定实验实验目的风管/水管内压力、流速、流量量的测定是建筑环境与设备工程专业学生应该掌握的基本技能之一。通过本实验要求：①②③④实验原理毕托管加微压计测压法测试原理测试过程中，首先选定管内气流比较平稳的断面作为测定界面，为了测断面的静压、全压，经断面划分为若干个等面积圆环或小矩形（本实验为获取较高精度的测试结果，将等面积小矩形设定为100x100mm）,然后用毕托管和微压计测得断面上个测点的静压和风管中心的全压，并计算平均动压Pjp、平均全压Pqp，由此计算Pdp及管中风量L： Pjp=P Pqp=P PqpPjpPdp （3）管内均速： Vdp=2风管总风量： LFVP （5）式中，n——断面上的测点数；F——断面面积，㎡。毕托管测试的适用范围适用毕托管及微压计测量管内风量是基本方法，精度较高。本测定装置多功能实验装置，除可测定风管内气流的压力、流速及流量外，还设有电加热器、换热器来测定换热量、空气阻力等。图1管道内风速测量装置1—集流器；2—静压环；3-整流器 4-风量测定仪 5-电加热器6-流行测压器 7-热电偶均衡器9-压力测量器10-实验试件11-调节阀 12-风机 13-电机实验系统及装置系统的测试拟采用毕托管和微压计测压法进行。毕托管、微压计测压使用方法①准备好毕托管、微压计和连接胶管，并对微压计进行水平校正和倾斜管中的液面凋零。②选择好测量位置，并在风管壁上打测量孔。③判断测量位置处的风管是正压还是负压。正压是指管内静压大于管外大气压，测量孔有气流流出；负压是指管内静压小于管外大气压，在测量孔处有空气流人。风机吸入段的风管一般为负压管路，而风机压出段为正压管路。（1）正压管路的连接方法①测全压：用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，微压计的倾斜管接口与大气相通。②测静压：用橡胶管将毕托管的静压接口与微压计容器侧的接口相连，微压计的倾斜管接口与大气相通。③测动压：用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连。（2）负压管路的连接方法①测全压：用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计的倾斜管接口相连，微压汁的容器侧的接口与大气相通。②测静压：用橡胶管将毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连，微压计容器侧的接口与大气相通。③测动压：用橡胶管将毕托管的全压接口与微压计容器侧的接口相连，毕托管的静压接口与微压计的倾斜管接口相连。根据风管的性质，连接毕托管和微压计。热球风速仪原理及使用方法热球式风速仪以测量风速为基本功能。其测定范围为0.05～10m/s这是一种便携式、智能化、多功能的低风速测量基本仪表。风速仪是由热球式测杆探和测量仪表两部分组成。探头有一个直径0.6mm的玻璃球，球内绕有加热玻璃球用的镍铬丝圈和两个串联的热电偶。热电偶的冷端连接在磷铜质的支柱上，直接暴露在气流中。当一定大小的电流通过加热圈后，玻璃球的温度升高。升高的程度和风速有关，风速小时升高的程度大；反之，升高的程度小。升高程度的大小通过热电偶在电表上指示出来。根据电表的读数，查校正曲线，即可查出所的风速（m/s）。注意：各仪表需在实验指导教师的带领下熟悉，并学会有关操作方法。实验步骤及方法①丈量风管断面尺寸及各测定断面距附近局部阻力的距离。②启动风机，关小调节阀，使系统在较小风量下进行。③调节风机频率，维持在60Hz下运行稳定后，用毕托管测出并记录各测点的静压Pj、全压值Pq并计算出各断面动压值Pd及风速V1，并计算风管风量Q1。④采用热球风速仪测量并记录风管断面风速V1′，并计算风管风量Q1′。⑤改变风机频率，使其维持在50Hz下运行稳定后，用毕托管测出并记录各测点的静压Pj、全压值Pq并计算出各断面动压值Pd及风速V2，并计算风管风量Q2。⑥采用热球风速仪测量并记录风管断面风速V2′，并计算风管风量Q2′.⑦停止风机运行，将测定装置复原。实验数据记录及处理表1管道内压力风速风量的测定记录表测定日期：空气压力：B=KPa频率： 50空气温度：t=HZ℃风管尺寸：风管面积：进风管一：进风管1风管尺： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)123456789进风管2： 风管尺： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)123456789排风管： 风管尺寸： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)12345678表2管道内压力风速风量的测定记录表测定日期：空气压力：B=KPa频率： 60空气温度：t=HZ℃风管尺寸：风管面积：进风管一：进风管1风管尺： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)123456789进风管2风管尺： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)123456789排风管： 风管尺寸： 管积：测点毕托管法（K=0.2）热球风速仪Pj(pa)Pq(pa)Pd (pa)Vd1(m/s)Q(m³/h)Vd2(m/s)Q(m³/h)123456789实验数据分析液体输配管网减阻实验实验目的水管内压力、流速、流量的测定是建筑环境与设备工程专业学生应该掌握的基本技能之一，液体管网内流动阻力对输配能耗影响较大，降低液体管网输配能耗对建筑节能具有重要意义。通过本实验要求：①了解液体输配管网减阻技术和减阻意义。②学会应用水表测定管内流量的方法。③掌握用精密压力表及U型压差计测定水管中流动阻力的方法。④掌握减阻率的测试和计算方法。⑤探索不同流量下减阻率的变化规律。⑥探索温度改变情况下减阻率的变化规律。实验原理①管内流量的计算：Q②在管径不变时，由于流动阻力的存在，流动下游静压水头小于上游静压水头，故实验中可以观测到沿程静压力逐渐降低。通过U型压力计两端水柱的高差可计算各段沿程压降（需考虑位置水头的变化）；电磁式压力表同样可反映压降情况。但由于仪器精度不足，电磁式压力表读数可作为参考值而不进入最终数据分析。③各工况减阻率可按左右两侧对应压降值求平均值，即： ∆%=∆p式中∆%——减阻率，%∆pi——某工况下，未减阻管段测试压降值，mm∆pi'i——分别对应水泵频率为50Hz，40Hz，30Hz时三个工况。④计算实验管段左右两侧的实际比摩阻R实和R减，并与理论比摩阻R理进行比较。理论比摩阻R R实=ρ式中∆pi——某工况下，管段测试