【導(dǎo)讀】有9個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是驗(yàn)證鞏固和補(bǔ)充課堂講授的理論知識(shí)，通。識(shí)，以及熱量傳遞的基本規(guī)律。使學(xué)生能正確運(yùn)用熱力學(xué)的基本原理進(jìn)行熱工。學(xué)會(huì)熱工儀器儀表的使用方法。實(shí)踐教學(xué)大綱的教學(xué)計(jì)劃編寫(xiě)的。在編寫(xiě)過(guò)程中參考了《熱工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》（1986. 設(shè)備的改進(jìn)和科研工作的成果而編著的。報(bào)告的質(zhì)量對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核?？己藘?nèi)容包括實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)方法。和步驟以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、分析等內(nèi)容，進(jìn)行綜合考核。實(shí)驗(yàn)1熱電偶溫度計(jì)的刻度與校驗(yàn)…………………電偶溫度計(jì)由熱電偶和電位計(jì)組成。熱電溫度計(jì)是由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及測(cè)量?jī)x表構(gòu)成的。故稱為測(cè)量端或工作端。電位計(jì)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(dòng)RＱ上的滑動(dòng)接頭直到檢流計(jì)指針停止為零，即無(wú)電流流過(guò)檢流計(jì)為止，止在零點(diǎn)，這時(shí)通過(guò)RＮ線路的電流即為標(biāo)準(zhǔn)電池I。

　　

【正文】 圖 62 蒸汽壓縮制冷實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 五、運(yùn)行操作與實(shí)驗(yàn)步驟 學(xué)生在 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)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(dòng)方向和循環(huán)水的流向。嚴(yán)格按照規(guī)程啟動(dòng)和停車。 1. 循環(huán)水的加熱與恒溫 閉合加熱器電路，啟動(dòng)循環(huán)水泵，使水恒定在預(yù)定溫度。（由實(shí)驗(yàn)人員完成 ） 2. 節(jié)流閥在開(kāi)度較小的位置上啟動(dòng)制冷機(jī)。 3. 正常操作： 根據(jù)指導(dǎo)教師的安排，每組測(cè)量?jī)山M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(cè)量時(shí)，首先調(diào)節(jié)節(jié)流閥 （即為圖 62 中的熱力膨脹閥） 的開(kāi)度，并通過(guò)閥門 改變 mz來(lái)調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度（根據(jù) R404 的飽和壓力與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可用壓力表監(jiān)測(cè)）。再通過(guò)調(diào)節(jié)冷凝器 水進(jìn)口 的閥門改變 mi，調(diào)節(jié)冷凝溫度，在調(diào)節(jié)中要反復(fù)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(zhǎng)的指揮下，同時(shí)記錄各組數(shù)據(jù)。隔 5 分鐘后，再測(cè)一次，共測(cè)三次，然后調(diào)節(jié)節(jié)流閥的 開(kāi)度、冷凝器的水閥重復(fù)上述過(guò)程，測(cè)量另一組數(shù)據(jù)。 在試驗(yàn)時(shí)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)節(jié)流閥的人員要細(xì)心緩慢調(diào)節(jié)，注意蒸發(fā)器出口水溫不低于 5℃。 4. 試驗(yàn)結(jié)束工作 將試驗(yàn)數(shù)據(jù)較指導(dǎo)教師檢查后，依次關(guān)閉節(jié)流閥、電動(dòng)機(jī)，幾分鐘后關(guān)閉循環(huán)水，整理儀表、設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)。 六、數(shù)據(jù)整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2. 實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)整理參見(jiàn)表 61。 3. 全班各組數(shù)據(jù)匯集后，畫(huà)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(shí)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?jì)算熱泵的制熱系數(shù) φ = Qk/N (66) 按 (66)式計(jì)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(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖 63 兩缸立式氟利昂制冷機(jī)結(jié)構(gòu)圖 30 表 61 制冷裝置性能試驗(yàn)記錄 大氣壓力 室溫 項(xiàng)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(jī)功率 電機(jī)效率 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 符號(hào) 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(shí)驗(yàn) 7 用球體法測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn) 一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 學(xué)習(xí)用球體法測(cè)定粒狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法。 2． 了解溫度測(cè)量過(guò)程及溫度傳感元件。 二、實(shí)驗(yàn)原理 粒狀材 料的導(dǎo)熱系數(shù)可通過(guò)球體導(dǎo)熱儀測(cè)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(dǎo)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(dǎo)熱問(wèn)題。如圖 7— 1 的邊 界條件積分可得到熱流量計(jì)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(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)。 圖 7— 1 球殼導(dǎo)熱過(guò)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(cè)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(dǎo)熱系數(shù) λ m 。 三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 如圖 7— 2 所示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備組成包括：球體導(dǎo)熱儀本體、實(shí)驗(yàn)臺(tái)手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、計(jì) 算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字儀表測(cè)量系統(tǒng)。球體導(dǎo)熱儀本體是兩個(gè)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(shí)驗(yàn)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(guò)內(nèi)球壁和被測(cè)材料到外球殼， 外球殼通過(guò)自然空氣對(duì)流方式進(jìn)行冷卻。每個(gè)球殼布置上下兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，取其平均值作為球殼溫度。球體法便于測(cè)定各種散狀物料（如沙子、礦渣、石灰等）的導(dǎo)熱系數(shù)。 手動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作完成手動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)，其中，功率測(cè)量由電壓表和電流表檢測(cè)得到，溫度測(cè)量由電位差計(jì)檢測(cè)得到。計(jì)算機(jī)測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)主畫(huà)面，實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量值等。數(shù)字儀表測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字 儀表機(jī)柜，直接測(cè)量得到球壁溫度值和熱流功率值。 四、 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 確認(rèn)所在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電壓表、電流表工作量程及指針讀數(shù)單位換算。 2. 學(xué)會(huì)用電位差計(jì)測(cè)量熱電偶信號(hào)操作要領(lǐng)。 3. 切換轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，記錄 4 個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)；讀表得到電壓、電流數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)位差電E轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 圖 7— 2 球體導(dǎo)熱儀實(shí)驗(yàn)裝置原理結(jié)構(gòu)圖 五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理 完成表 7表 72 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算及整理工作。 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 結(jié)合課堂講授的理論及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生要提供自編的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)。 2. 學(xué)生要根 據(jù)自己所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)獨(dú)立認(rèn)真地撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。要求字跡工整、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、 觀察現(xiàn)象的文字描述層次清晰并應(yīng)結(jié)合理論教學(xué)中的知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出分析和評(píng)價(jià)。 七、思考題 1．簡(jiǎn)述用球體法測(cè)量材料的導(dǎo)熱系數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)？ 2．如果安裝內(nèi)外球殼時(shí)略有偏心，導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定是否會(huì)受到影響？為什么 3．試說(shuō)明懸掛在空中的實(shí)驗(yàn)球體，外球殼表面的換熱方式？如果球殼表面有空氣流 動(dòng)或有陽(yáng)光照射，對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量有沒(méi)有影響？為什么？ 33 表 71 實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù) 記錄 記錄人： 同組人： 時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 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(dǎo)熱系數(shù) λ tm = (w/m℃ ) 表 72 實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)匯總 臺(tái)號(hào) 試材 測(cè)試法 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 導(dǎo)熱系數(shù) ? ％ * 測(cè)量誤差 內(nèi)外球均溫 tm 加熱功率 ? 導(dǎo)熱系數(shù) λ 1 臺(tái) 粒狀 珍珠巖 手 動(dòng)測(cè) 2 臺(tái) 手動(dòng)測(cè) 3 臺(tái) 粒狀 蛭石 手動(dòng)測(cè) 4 臺(tái) 手動(dòng)測(cè) 3 臺(tái) 粒狀 蛭石 微機(jī)測(cè) 4 臺(tái) 儀表測(cè) *手動(dòng)測(cè)量與微機(jī)和儀表測(cè)量的相對(duì)誤差（以手動(dòng)測(cè)量為基準(zhǔn)） 34 實(shí)驗(yàn) 8 空氣橫掠單管強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 測(cè)算空氣橫掠單管時(shí)的平均 換 熱系數(shù) h 。 2. 測(cè)算空氣橫掠單管時(shí)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)則方程式 13R e P rnNu C? ? ? 。 3. 學(xué)習(xí)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法。 二、實(shí)驗(yàn)測(cè)算公 式 1．根據(jù)牛頓冷卻公式可以測(cè)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(shí)總的換熱量， W； A — 空氣橫掠單管時(shí)單管的表面積， m2 。 wt — 空氣橫掠單管時(shí)單管壁溫 ℃ ； ft — 空氣橫掠單管時(shí)來(lái)流空氣 溫度 ℃ ； t? — 壁面溫度與來(lái)流空氣溫度平均溫差， ℃ ； 2．空氣橫掠單管換熱時(shí)，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的確定 根據(jù) 傳熱學(xué)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(zhǔn)則方程式關(guān)聯(lián)： (Re, Pr)Nu f? (82 ) 空氣橫掠單管換熱時(shí)，實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為： 13R e P rnNu C? ? ? （ 83） 在定 常性溫度下 ( mt )，普朗特?cái)?shù) rP 可視為常數(shù)，故（ 3）簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(dǎo)熱系數(shù)（ w/m℃ ）， u — 流體在實(shí)驗(yàn)測(cè)試段中的流速（ m/s）， v — 流體的運(yùn)動(dòng)粘度（ ㎡ /s）。 3．實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算 設(shè) y=lgNu， x=lgRe，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下，公式（ 84）可寫(xiě)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(jì)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(shí)際工況測(cè)試點(diǎn)數(shù) (N=11 或 N＝ 10)。 4．實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)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(jì)動(dòng)壓頭（實(shí)測(cè)）， （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(shí)驗(yàn)管端電壓（實(shí)測(cè)）， I — 實(shí)驗(yàn)管工作電流（實(shí)測(cè)）。 5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差計(jì)算 用均方根誤差 ? 可以反映實(shí)驗(yàn)點(diǎn)（ x,y）與關(guān)聯(lián)式代表線 ( lgy n x C??? ? ? )的平均偏差。