【導讀】有9個基礎(chǔ)實驗。實驗教學的目的是驗證鞏固和補充課堂講授的理論知識，通。識，以及熱量傳遞的基本規(guī)律。使學生能正確運用熱力學的基本原理進行熱工。學會熱工儀器儀表的使用方法。實踐教學大綱的教學計劃編寫的。在編寫過程中參考了《熱工實驗基礎(chǔ)》（1986. 設(shè)備的改進和科研工作的成果而編著的。報告的質(zhì)量對學生進行考核?？己藘?nèi)容包括實驗前預習、實驗過程、實驗方法。和步驟以及實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、分析等內(nèi)容，進行綜合考核。實驗1熱電偶溫度計的刻度與校驗…………………電偶溫度計由熱電偶和電位計組成。熱電溫度計是由熱電偶、補償導線及測量儀表構(gòu)成的。故稱為測量端或工作端。電位計是基于使用電阻器上已知的電壓降與熱。電阻RＱ及工作電池E構(gòu)成一回路。指針將偏轉(zhuǎn)，若移動RＱ上的滑動接頭直到檢流計指針停止為零，即無電流流過檢流計為止，止在零點，這時通過RＮ線路的電流即為標準電池I。

　　

【正文】 圖 62 蒸汽壓縮制冷實驗裝置示意圖 五、運行操作與實驗步驟 學生在 實驗前應詳細了解實驗裝置系統(tǒng)，各部分的作用，各儀器儀表的功能與讀數(shù)方法，工質(zhì)的流動方向和循環(huán)水的流向。嚴格按照規(guī)程啟動和停車。 1. 循環(huán)水的加熱與恒溫 閉合加熱器電路，啟動循環(huán)水泵，使水恒定在預定溫度。（由實驗人員完成 ） 2. 節(jié)流閥在開度較小的位置上啟動制冷機。 3. 正常操作： 根據(jù)指導教師的安排，每組測量兩組工況（以蒸發(fā)溫度 to和冷凝溫度 tk確定工況） 的 數(shù)據(jù)。在測量時，首先調(diào)節(jié)節(jié)流閥 （即為圖 62 中的熱力膨脹閥） 的開度，并通過閥門 改變 mz來調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度（根據(jù) R404 的飽和壓力與溫度的對應關(guān)系，可用壓力表監(jiān)測）。再通過調(diào)節(jié)冷凝器 水進口 的閥門改變 mi，調(diào)節(jié)冷凝溫度，在調(diào)節(jié)中要反復調(diào)節(jié)幾次，使系統(tǒng)各處 29 溫度壓力都趨于穩(wěn)定。然后，在組長的指揮下，同時記錄各組數(shù)據(jù)。隔 5 分鐘后，再測一次，共測三次，然后調(diào)節(jié)節(jié)流閥的 開度、冷凝器的水閥重復上述過程，測量另一組數(shù)據(jù)。 在試驗時負責調(diào)節(jié)節(jié)流閥的人員要細心緩慢調(diào)節(jié)，注意蒸發(fā)器出口水溫不低于 5℃。 4. 試驗結(jié)束工作 將試驗數(shù)據(jù)較指導教師檢查后，依次關(guān)閉節(jié)流閥、電動機，幾分鐘后關(guān)閉循環(huán)水，整理儀表、設(shè)備和現(xiàn)場。 六、數(shù)據(jù)整理和實驗報告 1. 實驗報告 2. 實驗記錄及數(shù)據(jù)整理參見表 61。 3. 全班各組數(shù)據(jù)匯集后，畫出ε to曲線。 七、 思考題 1. 制冷系數(shù)與蒸發(fā)溫度 to（冷凝溫度 tk）的關(guān)系？ 2. 實際制冷系數(shù)與理論制冷系數(shù)的比較？ 3. 如果利用冷凝器的放熱量 Qk，該制冷裝置將成為熱泵系統(tǒng)?？砂聪率接嬎銦岜玫闹茻嵯禂?shù) φ = Qk/N (66) 按 (66)式計算一組工況下的制熱系數(shù)，如果用電加熱提供熱量，消耗的功率是多少？試分析熱泵的節(jié)能原理。 附：兩缸立式氟利昂制冷機結(jié)構(gòu)圖 圖 63 兩缸立式氟利昂制冷機結(jié)構(gòu)圖 30 表 61 制冷裝置性能試驗記錄 大氣壓力 室溫 項目 工質(zhì)溫度 工質(zhì)壓力 循環(huán)水溫度 循環(huán)水流量 電機功率 電機效率 壓縮機轉(zhuǎn)速 符號 t1， t2 p1 p2 p3 tz1， tz2， tｌ 1 tｌ 2 mz， mi， m θ z，θ i N η ｍ０ n 單位 第 一 工 況 1 2 3 平均 值 第 二 工 況 1 2 3 平均 值 31 實驗 7 用球體法測量導熱系數(shù)實驗 一 、實驗目的 1． 學習用球體法測定粒狀材料導熱系數(shù)的方法。 2． 了解溫度測量過程及溫度傳感元件。 二、實驗原理 粒狀材 料的導熱系數(shù)可通過球體導熱儀測定。如圖 1— 1 所示。由均質(zhì)粒狀材料填 充而成的球壁，內(nèi)外直徑分別為 d11 及 d2（半徑 r1 及 r2），它的內(nèi)外表面溫度等于 t1 和 t2，并維持 不變。由于在不大的溫度范圍內(nèi)大多數(shù)工程材料的 導熱系數(shù)與溫度的關(guān)系，均可按直線關(guān)系處理，則 將付利葉定律用于此球壁導熱問題。如圖 7— 1 的邊 界條件積分可得到熱流量計算式： 1212()mdd tt???? ? ? （ 1— 1） 1 2 1 2()m d d t t?? ? ??? ? （ 1— 2） 式中： δ — 球壁厚度 δ = )(21 12 dd ? ； λ m— 球壁材料在 2 21 tttm ??時的導熱系數(shù)。 圖 7— 1 球殼導熱過程 因此，只要維持內(nèi)外球壁溫度均勻穩(wěn)定，已知球壁半徑 d1 和 d2，測出內(nèi)外球壁表面溫度t1 和 t2，即可由式（ 1— 2）算出 材料的導熱系數(shù) λ m 。 三、 實驗設(shè)備 如圖 7— 2 所示，實驗設(shè)備組成包括：球體導熱儀本體、實驗臺手動測試系統(tǒng)、計 算機測量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測量系統(tǒng)。球體導熱儀本體是兩個球殼同心套裝在一起，內(nèi)球殼外徑為 d1，外球殼內(nèi)徑為 d2，在兩球殼之間填充實驗粒狀材料，熱量由裝入內(nèi)球殼 32 中的球 `形電加熱器加熱得到。熱量穿過內(nèi)球壁和被測材料到外球殼， 外球殼通過自然空氣對流方式進行冷卻。每個球殼布置上下兩個溫度測點，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測定各種散狀物料（如沙子、礦渣、石灰等）的導熱系數(shù)。 手動測試系統(tǒng)通過實驗臺操作完成手動測量數(shù)據(jù)，其中，功率測量由電壓表和電流表檢測得到，溫度測量由電位差計檢測得到。計算機測量系統(tǒng)通過計算機運行監(jiān)測主畫面，實時顯示實驗測量數(shù)據(jù)，并計算得到導熱系數(shù)的測量值等。數(shù)字儀表測量系統(tǒng)通過數(shù)字 儀表機柜，直接測量得到球壁溫度值和熱流功率值。 四、 實驗方法及實驗數(shù)據(jù) 1. 確認所在實驗臺上電壓表、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。 2. 學會用電位差計測量熱電偶信號操作要領(lǐng)。 3. 切換轉(zhuǎn)換開關(guān)，記錄 4 個溫度測量點數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將實驗數(shù)據(jù)記錄在表 71 中。 4V調(diào)(變 )壓 器～220V12A加熱絲3銅—康銅熱電偶冰桶點計位差電E轉(zhuǎn)換開關(guān) 圖 7— 2 球體導熱儀實驗裝置原理結(jié)構(gòu)圖 五、 實驗數(shù)據(jù)整理 完成表 7表 72 的實驗數(shù)據(jù)記錄、計算及整理工作。 六、實驗報告 1. 結(jié)合課堂講授的理論及實驗內(nèi)容，學生要提供自編的實驗報告書。 2. 學生要根 據(jù)自己所進行的實驗獨立認真地撰寫實驗報告。要求字跡工整、數(shù)據(jù)準確、 觀察現(xiàn)象的文字描述層次清晰并應結(jié)合理論教學中的知識對實驗結(jié)果給出分析和評價。 七、思考題 1．簡述用球體法測量材料的導熱系數(shù)的優(yōu)缺點？ 2．如果安裝內(nèi)外球殼時略有偏心，導熱系數(shù)的測定是否會受到影響？為什么 3．試說明懸掛在空中的實驗球體，外球殼表面的換熱方式？如果球殼表面有空氣流 動或有陽光照射，對導熱系數(shù)的測量有沒有影響？為什么？ 33 表 71 實驗測量數(shù)據(jù) 記錄 記錄人： 同組人： 時間： 實驗參數(shù) 實驗數(shù)據(jù) 實驗臺 球 殼 溫 度 內(nèi)球殼 溫度 外球殼 溫度 試材名稱 內(nèi)上 t1－ 1 內(nèi)下 t1－ 2 外上 t2－ 1 外下 t2－ 2 mv mv mv mv 容 重 ℃ ℃ ℃ ℃ 內(nèi)平均溫度 t1= 外平均球溫度 t2= 外球直徑 tm=( t1+ t2)/2= 加熱 功率 電壓 U (V) 電流 I(A) 功率 Q U I?? ? (W) 內(nèi)球直徑 環(huán)境溫度 導熱系數(shù) λ tm = (w/m℃ ) 表 72 實驗測量數(shù)據(jù)匯總 臺號 試材 測試法 實驗數(shù)據(jù) 導熱系數(shù) ? ％ * 測量誤差 內(nèi)外球均溫 tm 加熱功率 ? 導熱系數(shù) λ 1 臺 粒狀 珍珠巖 手 動測 2 臺 手動測 3 臺 粒狀 蛭石 手動測 4 臺 手動測 3 臺 粒狀 蛭石 微機測 4 臺 儀表測 *手動測量與微機和儀表測量的相對誤差（以手動測量為基準） 34 實驗 8 空氣橫掠單管強迫對流換熱系數(shù)測定實驗 一、實驗目的 1. 測算空氣橫掠單管時的平均 換 熱系數(shù) h 。 2. 測算空氣橫掠單管時的實驗準則方程式 13R e P rnNu C? ? ? 。 3. 學習對流換熱實驗的測量方法。 二、實驗測算公 式 1．根據(jù)牛頓冷卻公式可以測算出平均 換 熱系數(shù) h。 即： h=)( fW ttA Q? QAt? ?? w/m2 K （ 81） 式中： Q — 空氣橫掠單管時總的換熱量， W； A — 空氣橫掠單管時單管的表面積， m2 。 wt — 空氣橫掠單管時單管壁溫 ℃ ； ft — 空氣橫掠單管時來流空氣 溫度 ℃ ； t? — 壁面溫度與來流空氣溫度平均溫差， ℃ ； 2．空氣橫掠單管換熱時，實驗關(guān)聯(lián)式的確定 根據(jù) 傳熱學理論，換熱系數(shù)與流速、管徑、溫度、流體物性等有關(guān)，并可用下列準則方程式關(guān)聯(lián)： (Re, Pr)Nu f? (82 ) 空氣橫掠單管換熱時，實驗關(guān)聯(lián)式為： 13R e P rnNu C? ? ? （ 83） 在定 常性溫度下 ( mt )，普朗特數(shù) rP 可視為常數(shù)，故（ 3）簡化為： RenNu C?? （ 84） 式中 Nu — 努謝爾數(shù)， Nu ?hd? ， Re — 雷諾數(shù)， Re vud? ， Pr — 普朗特 數(shù) ， 1313P r P rC C C? ? ? ? ? (85) C ,n — 由實驗確定的常數(shù)， 35 mt — 定性溫度 由下式確定： ? ?2?? wfm ttt ℃ （ 86） 上述公式中， d — 外管徑（ m）， ? — 流體的導熱系數(shù)（ w/m℃ ）， u — 流體在實驗測試段中的流速（ m/s）， v — 流體的運動粘度（ ㎡ /s）。 3．實驗關(guān)聯(lián)式計算 設(shè) y=lgNu， x=lgRe，在雙對數(shù)坐標系下，公式（ 84）可寫為： lgy n x C?? ? ? （ 87） 根據(jù)最小二乘法原理，常數(shù) lgC 及 n 可按下式計算： 21 1 1 12211lg ? ? ? ????? ??? ?????? ? ? ???N N N Ni i i i ii i i iNNiiiix y x y xCx N x （ 88） n = 1 1 12211N N Ni i i ii i iNNiiiix y N x yx N x? ? ???????????? ? ??? (89) 式中： N 為實際工況測試點數(shù) (N=11 或 N＝ 10)。 4．實驗參數(shù)計算 （ 1）空氣流速 u 根據(jù) u=空介 ?? 3102 ??Hg m/s （ 810） 式中： g — 重力加速度， m/s2 H — 微壓計動壓頭（實測）， （酒精柱高） ?介 — 酒精密度 (? 介 =*103 kg/m3)， ?空 — 空氣密度（查表）， kg/m3 （ 2）單管加熱量 Q Q=UI 單位： W （ 811） 式中 U — 實驗管端電壓（實測）， I — 實驗管工作電流（實測）。 5．實驗結(jié)果誤差計算 用均方根誤差 ? 可以反映實驗點（ x,y）與關(guān)聯(lián)式代表線 ( lgy n x C??? ? ? )的平均偏差。