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1、热工根底课程课程编号：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:把握热工根本学问、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、第四学期试验课时安排:36学时序号试验工程要求类型每组试验1常用热工仪表的使用必验证人数2学时22空气定压比热测定试验必验证223二氮化碳PVT 关系争论试验必验证224喷管特性试验必综合245雷诺和伯努利方程综合试验必验证226孔口与管嘴流量系数试验必综合227文丘里流量计及孔板流量计测定试验必综合228稳态法导热系数测量试验必争论229恒热流
2、准稳态平板法测定材料热物性必争论2210中温法向辐射时物体黑度测定试验必综合2211空气横掠圆柱体时局部换热系数的测定试验必争论2413换热器综合试验必综合2414热电偶校验必争论2415毕托管测速试验必综合22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、观看流体在不同流淌状态时流淌质点的运动规律。2、观看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流淌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。颜色罐恒定水箱测压板调整器放气阀佰努力管调整阀雷诺
3、管供水调整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流淌，有层流和紊流两种不同的流淌状态，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。假设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流淌，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，红色直线没有与四周的液体混杂，层次清楚地在管路中流淌。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。假设将出水阀门渐渐开大，管路中的红色直线消灭脉动，流体质点还没有消灭相互交换的现 象，液
4、体的流淌呈临界状态。假设将出水阀门连续开大，消灭流体质点的横向脉动，使红色线完全集中与自来水混合，此时流体的流淌状态为紊流运动。雷诺数就是表征流体流淌特性的一个重要参数。用Re 表示，有：Re = V d /u5-1式中，V 为流速； d 为管路直径， d =27mm；u 为水的运动粘性系数。其中，流速V 有：V = Q / A5-2 式中， Q 为流量； A 为管路的横截面积，有 A = p d 2 / 4 。流量Q 用体积法可测出，即在t 时间内流入量筒中流体的体积DV 。Q = DV / Dt5-3四、试验内容与步骤1、试验前的预备（1） 翻开进水阀门后，启动水泵，向恒水位水箱加水。（2
5、） 在水箱的水位到达溢流水平，并保持肯定的溢流。（3） 测量流体温度。2、测定临界雷诺数Re cr（1） 将试验管中的水流调到较小的流速，将一般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流淌，色液呈现一条细直流线，这说明在此流态下，流体的质点没有垂直于主流的横向流 动，颜色水没有与四周的液体混杂，而是层次清楚的向前流淌。此时的流体即为层流。假设看不 到这种现象，可再认真调整上水阀门和尾部阀门，知道看到有色直线为止。（2） 缓慢地渐渐开大出水阀门，可观看到有色流线开头消灭脉动，但流体质点还没有到达相互交换的程度
6、，即象征为流体流淌状态开头转换的临界状态上临界点，此时的流速即为上临界流速。（3） 连续开大阀门，会消灭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，缓慢地渐渐关小出水阀门，认真观看试验管中的色液流淌变化状况，当阀门关小到肯定开 度时，可看到试验管中色液出口处开头有有色脉动流线消灭，但还没有到达转变为层流的状态， 此时，即象征为湍流装变为层流的临界状态下临界点。连续关小阀门，试验管中会再次消灭 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
7、录表次数DV m3tsQ (m3/s)V (m/s)Recr123水温=；运动粘性系数u =m2/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，分析误差缘由。七、留意事项1、操作过程需要认真认真，试验时需要相互协作，分工合作，观看与记录试验过程。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、观看流体流经试验管的能量转化状况，对现象进展分析，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、
8、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，这时观看能量方程试验管上各个测压管的液柱高度一样，因管内的水不流淌没有流淌损失，因此静止不行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，在流淌过程中由于磨擦而造成能量损失，能量方程变为：pn 2pn 2Z + 1 + 1= Z+2 + 2+ h5-61r2g2r2gL其中能量损失hL是由沿程损失hf和局部损失hm两局部组成。3、观看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、动能三局部组成。在试验管道各断面设置测压管
9、和测速管，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rpn2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，观看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流淌方向是削减的，转变给水阀门的开度，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展记录和计算。试验在流体流淌平稳的状况下，进展测压和流量的计量。在不同的流量工况下进展测试，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体积cm3时间(s)流量(cm3/s)试验管内径d1=m，试验管内径d2=m，
10、试验管内径d3=m序12345号全静全静全静全静全静压压压压压压压压压压1234564、测量管内轴心处流体速度2gDh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： V=P5-4求平均流速公式：V =Q5-5A依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。对于不行压缩流体稳定的流淌，当流量肯定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。工程1234序号将试验结果记录于表 5-1。表 5-2 各测点处的参数记录点速度Vp
11、m/s平均速度Vm/s.管内径mm附表 1温度 t/标准大气下水的物理性质密度r /kgm-3运动粘度u 10-6/ m2s-10999.81.78551000.01.57910999.71.30615999.11.13920998.21.00325997.00.89330995.70.80040992.20.65850988.00.55360983.20.47470977.80.41380971.80.36490955.30.326试验 6 孔口与管嘴流量系数试验一、试验目的1、观看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e
12、 ，流量系数m ，流速系数j 和阻力系数V 。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外形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掌握出流。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 CC 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= e A 。e 称为收缩系数。对水面 1-1，收缩断面C-C 列能量方程式为：pa v 2p
13、a v 2V v2H+1 +1 1=c +c c+c6-10rg2grg2g2gV 2可6-1得： H0由6-2可得= (1 + V) c6-2c2g11 + V2gH0cV=6-3c1+zc2 g H0令j =1则 V = jc6-4式中：Vc孔口出流断面上的流速m/s。j孔口流速系数，依据实测，由于V=0.06，所以c1+zc1+ 0.06j =1=1= 0.97H 0 孔口的作用水头m孔口的出流量： Q = AVc c设ej = m , 则有：= A j2gH0cQ = eAj2gH0Q = m A，由于 Ac2gH0= e A ，即有6-46-5式中： Q 孔口出流的流量。m 孔口的流
14、量系数。QA2gH0将以上各式进展反推，可得孔口出流的各项系数流量系数： m =收缩系数： e= cAA流速系数：j = me阻力系数：z = 1 -1j 2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34 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，而后再渐渐扩张以至布满整个管嘴而流出。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，沿程损失无视不计。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
15、断面没有变化，即QA2gH0e = 1 ， m = j 。管嘴出流各项系数计算公式如下： 管嘴流量系数： m =管嘴收缩系数： e = 1管嘴流速系数：j =m = me管嘴阻力系数：z = 1 -1j 2四、试验内容与步骤一、记录试验仪器尺寸参数生疏仪器，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看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。流量测量承受体积法，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，并调整供水阀门使水箱有微量溢流，使液面保持恒定不变，分别翻开各孔
16、口管嘴的前盖进展试验。2、观看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35 次，并取其平均值。3、依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、依据实测数据，计算各项系数,分析争论试验结果。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分布类别孔口圆形孔口矩形管嘴直管嘴管嘴锥管嘴平均流量cm3/s面积 A cm3收缩直径dccm收缩断面 Ac cm3真空度收缩系数e流量系数m流速系数：j阻力系数： z流股形态五、思考题流速系数j 是否可能大于
17、1.0？为什么？六、留意事项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、 测定管嘴漂浮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、水位调整阀、稳压水箱、漂浮管嘴、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：2gDhu = C14-1式中：u毕托管测点处的点流速C毕托管的校正系数，C=1。2gDH h毕托管总水头与测压管水头差2、管嘴出流速度公式：u = j14-2式中：
18、u测点处流速，由毕托管测定j 测点流速系数 H管嘴的作用水头由以上两式可得测点流速系数计算式：Dh / DHj = C14-3四、试验内容与步骤1、生疏试验装置各局部的名称，作用性能和毕托管的构造特征，以及试验原理。并测记各有关的常数和试验参数，添入试验表格。2、用软胶管将上、下游水箱的测点分别与测压计中的测管相连通，将毕托管对准管嘴，距离管嘴出口处约 3CM，在滑轨上进展固定。3、开启水泵，将流量调整至最大。待上下游溢流后，准时排解毕托管及连通管中的气体，方可进展试验。测点流速测点流速系数44、分别沿纵向和垂向转变测点位置，观看管嘴漂浮射流的流速分布。5、在有压管道测量中，管道直径相对毕托管的直径610 倍以内时，测量误差将在 25以上。试验时可将毕托管的头部伸入管嘴中，进展验证。6、将试验记录和计算添入表格，写出试验报告。表 14-1 试验数据记录表序上下游水位差毕托管水头差u = C2gDhcm / sj = CDh / DH号h1h2DHh3hDh5678五、思考题1、利用测压管测量压强时，为什么要排气？怎样才能知道气已经排净？2、毕托管的动压头和上下游的水位差的大小关系怎样？为什么？3、测出的流速系数说明白什么？