南京林业大学自编讲义热能与动力工程专业实验编者：刘 翔木材工业学院2010年6月前 言本书是“热能与动力工程”专业热能工程基础实验和热能工程专业实验课程的配套教材。“热能与动力工程专业实验”是以实验实训为主的专业基础课，主要以工程热力学、传热学、工程流体力学、热工测量及仪表为理论基础，包括热工测量与信息处理、供暖通风与空气调节实验、工程热力学实验、传热学实验、工程流体力学泵与风机实验等五个方面的内容。在进行热能与动力工程专业实验之前，必须学习并掌握热工测量的基础知识和相关操作技能。所谓热工测量是指对热工过程中各种热工参数（如温度、压力、流量、湿度、成分等）的测量，用来测量热工参数的仪表则称为热工仪表。通过本课程教学，可以使学生了解常用热工仪表的工作原理和使用方法，学会熟练的测试工质的压力、温度、流量、湿度等状态参数，会正确读取实验数据并加以分析处理。在此基础上进一步学习并掌握常见的传导、对流、辐射等传热过程的基本测试方法，掌握测量流体流量流速和流动损失的各种实验方法。通过本课程的学习可以培养学生的实验操作能力和对实验数据处理分析的能力，加深对工程热力学、传热学、工程流体力学的基本概念和基本理论的理解，掌握基本的热工实验技能，并为今后进一步参加科学研究、从事专业工作打下基础。在做实验之前，需要认真预习实验内容，理解实验原理和方法，学习实验设备和仪器的使用方法，了解实验步骤，掌握实验数据的采集和处理方法。对综合性实验应能在教师指导下自行查阅资料，拟定实验方案和步骤。在实验过程中，应细心操作观察，测试记录有关数据，独立完成实验。实验完成后，应对实验数据进行分析和讨论并写出实验报告。最重要的是：通过热能与动力工程专业实验的训练，培养学生分析和解决实际问题的能力，掌握专业基础理论在实践过程中的应用，进而全面提高学生的创新能力和综合素质。由于编者水平有限，谬误之处在所难免，敬请读者批评指正。编者2010年6月 目 录1. 饱和蒸汽压力、温度关系实验42. 气体定压比热测定实验63. 准稳态法测材料的导热性能实验94. 气气 热管换热器实验 145. 强迫对流翅片管束管外放热实验186. 伯努利能量方程实验237. 沿程水头损失与流速的关系258. 阀门局部阻力系数的测定279. 文丘里流量计实验2910.管路局部阻力损失实验3111.弹簧管压力表的校验3412.热电偶焊接3713.热电偶校验3914.循环式空调过程实验4415.中央空调模拟实验5416.供暖系统演示实验6017.热网水力工况实验6218.制冷压缩机性能实验6519.散热器热工性能实验6820.离心泵特性实验71 实验一 饱和蒸汽压力、温度关系实验一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽PT关系图表的编制方法。3、学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法。4、能观察到小容积和金属表面很光滑（汽化核心很小）的饱和态沸腾现象。二、实验设备 56图1实验设备简图1、压力表（0.101.5f/2） 2、排气阀 3、缓冲器 4、可视玻璃及蒸汽发生器 5、电源开关 6、电功率调节器 7、温度计（0300） 8、可控数显温度仪 9、电压表 三、实验方法与步骤1熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。2将电功率调节器指针至电压表零位，然后接通电源。3将调压器输出电压调至200220V，待蒸汽压力升至一定值时，将电压降至2050V保温，待工况稳定后迅速记录下水蒸气的压力和温度。重复上述实验，在01MPa（10kgf/cm2表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀。4实验完毕后，将调压指针旋回零位，并断开电源。5记录室温和大气压力。四、注意事项1实验装置通电后必须有专人看管。2实验装置使用压力（表压）为1MPa（10kgf/cm2），切不可超压操作。五、数据处理和计算1实验结果记录表实验次数饱和压力MPa或kgf/cm2饱和温度误差备注压力表读值 P1大气压力 B绝对压力 PP1+B温度计读值 t 理论值t %1234562绘制Pt关系曲线将实验结果点标在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。 实验二 气体定压比热测定实验气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量。计算中用到比热及混合气体方面的知识。通过本实验的目的可以促使理论联系实际，有利于培养分析问题和解决问题的能力。一、实验目的和要求1. 了解气体比热测定装置的基本原理和结构。2. 熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。3. 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。4. 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验设备和原理装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成（如图一所示）。图1 实验装置实验时，被测空气（也可以是其它气体）由风机经湿式气体流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。在此过程中，分别测定：空气在流量计出口处的干、湿球温度t0，tw（由于是湿式气体流量计，实际为饱和状态）；气体经比热仪主体的进出口温度（t1，t2）；气体的体积流量（V）；电热器的输入功率（W）；以及实验时相应的大气压（B）和流量计出口处的表压（h）。有了这些数据，并查用相应的物性参数，即可计算出被测气体的定压比热（Cpm）。三、实验步骤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. 摘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）。3. 将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电热器功率，使出口温度升高至预计温度。4. 待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每10升空气通过流量计所需时间（,秒）；比热仪进口温度即流量计的出口温度（t1,）和出口温度（t2）；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（h，毫米水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。5. 根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度(使用湿式气体流量计时，实际干球温度和湿球温度相同,为该温度下的饱和温度)，从湿空气的干湿图或饱和空气状态参数表查出含湿量(d,克/公斤干空气)，并根据下式计算出水蒸气的容积成分：6. 根据电热器消耗的电功率，可算出电热器单位时间放出的热量： 千卡/秒7. 干空气流量（质量流量）为： 8. 水蒸气流量为： 9. 水蒸气吸收的热量： 10. 干空气的定压比热为： 千卡/（公斤）四、注意事项1. 切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。2. 输入电热器的电压不得超过220伏。气体出口最高温度不得超过300。3. 加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤增骤降而破裂。4. 停止试验时，应切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度教低时可适当缩短）。五、数据处理和计算实验结果记录表序号空气温度加热功率出口温度空气流量定压比热1234实验三 准稳态法测材料的导热性能实验一、实验目的1. 测量绝热材料（不良导体）的导热系数和比热、掌握其测试原理和方法。2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。二、实验原理本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。设平板厚度为2，初始温度为t0，平板两面受恒定的热流密度qc均匀加热（见图1）。求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x，)。导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：时, 处， 处， 方程的解为：式中： 时间，s； 平板的导热系数，w/m； 平板的导温系数， m2/s； ，n=1，2，3，；Fo 傅立叶准则，Fo ； t0 初始温度,； 沿x方向从端面向平板加热的恒定热流密度，w/m2。随着时间的延长，F0数变大，上式中级数和项愈小。当F00.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成： （1）由此可见，当F00.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数,并且到处相同。这种状态称为准稳态。在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为： (2)平板加热面x=处为： (3)此两面的温差为： 如已知qc和，再测出t，就可以由式（3）求出导热系数： （4）实际上，无限大平板是无法实现的，实验总是用有限尺寸的试件。一般可认为，试件的横向尺寸为厚度的6倍以上时，两侧散热试件中心的温度影响可以忽略不计。试件两端面中心处的温度差就等于无限大平板两端面的温度差。根据势平衡原理，在准态时，