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《热工综合实验指导书》何涛编刘建华审机械工程实验教学中心目录实验一、气体定压比热的测定 (2)实验二、稳态平板法测定绝热材料导热系数 (7)实验三、强迫对流单管管外放热系数测定.............................................. (11)实验四、大容器沸腾换热系数测定 (18)实验五、换热器综合实验 (21)实验一气体定压比热的测定一、实验目的1.熟悉测定气体比热过程中测温、测压、测热量、测流量的方法。
2.了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
3.分析实验系统中产生误差的原因及减少误差的可能途径。
从而增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，以利于培养分析问题和解决问题的能力。
4.综合运用湿空气、定压比热等方面的知识，验证空气的定压比热在0—300℃温度条件下与温度近似呈线性关系，培养综合应用能力。
二、实验设备风机、LML—1型湿式气体流量计、秒表、比热仪本体、功率调节器、功率表、干湿球温度计、U型玻璃管压力计、水银气压计、玻璃管水银温度计、电源。
整套装置由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节器及测量系统组成。
如图一示，为一开口系统。
比热仪本体如图二所示。
空气由风机经流量计送入比热仪本体，经过加热、均流、混流、测温后流出。
出口温度由输入电加热器的电压调节。
本装置可以测300℃以下气体的定压比热。
三、参数测量1. 用胶管将比热仪本体与流量计、节流阀、风机连通。
2. 连接功率表和调压器。
3. 选择合适的温度计插入混流网的凹槽中。
4. 接通电源，开动风机，调节流量达最大值。
5. 在加热器没工作的情况下，调节节流阀使流量保持每10升气体通过流量计所需时间在55～60秒之间。
6. 启动电热器开始工作，缓慢提高电压，使出口温度上升。
7. 待系统工况稳定后（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）测量下列数据：每10升气体通过流量计所需时间（秒）；比热仪进口温度和出口温度；当场大气压；流量计出口处的气体表压；电热器的加热功率；8. 提高电热器功率，使出口温度上升，系统达到新的平衡后，重复步骤7的工作。
热工学理论基础实验指导书（集控、热动专业）前言本实验指导书是为电厂集控运行专业及电厂热能动力装置专业开设的专业课程的实验教学指导。
通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中锻炼基本的操作技能与动手能力。
本实验指导书由于编写时间、水平有限，难免会有疏漏谬误之处，热切期望实验指导老师与学生们能够提出宝贵的意见，谢谢。
实验要求及方法热工实验包括预习，讲解与实际操作，实验总结与考核等，为保证实验正常进行，应遵守如下规则：1.明确实验目的，端正学习态度，认真参加实际操作，并在指定岗位上进行实操，服从实验指导教师的指导。
2.注重操作技能，认真听取实验指导教师讲解，仔细观察示范操作，将理论联系实际。
3.掌握基本的专业技能，能严格按实验要求计算，整理实验数据，并认真完成实验报告。
4.注意节约实验材料，爱护设备，并应正确使用与妥善保管，因使用不当等原因造成设备损坏应照价赔偿。
5.遵守实验规则和安全操作规程，保持实验岗位的干净，整洁。
实验考核方式以实验的各项实际操作过程考核为主，结合实验报告及学习态度评定。
实验一：换热器综合实验一.实验目的1.熟悉换热器性能的测试方法；2.了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别；3．加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的认识；二．实验装置；换热器性能测试试验，主要对应用较广得间壁式换热器中的三种换热：套管式换热器螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。
其中，对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。
1．热水流量调节阀 2.热水螺旋板、套管、列管启闭阀门组 3.冷水流量计4.换热器进口压力表5.数显温度计6.琴键转换开关7.电压表8.电流表9.开关组10.冷水出口压力计11.冷水螺旋板、套管、列管启闭阀门组12.逆顺流转换阀门组13.冷水流量调节阀换热器性能试验的内容主要未测定换热器的总传热系数，对传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。
实验一 燃烧热的测定一、实验目的1．学习煤的燃烧热的测定原理和测定方法，掌握绝热式热量计的使用方法。
2．掌握燃料实际燃烧温度的计算方法，并讨论燃料热值是否达到使用要求。
二、实验原理本实验用数字式全自动量热计测定不同煤样的燃烧热。
这是一种绝热式量热计，实验过程中外筒温度自动跟踪内筒温度，即内外筒在实验过程中“绝热”。
测量燃烧热所依据的基本原理是能量守恒定律。
样品在氧弹中燃烧放出的热，引火丝燃烧放出的热及氧气中少量氮气氧化成硝酸的生成热，全部被量热体系所吸收，其温度升高，测得了温度升高值，即可求出算该样品的燃烧热。
发热量：Gcqb h T h T KH Q f DT 43.1)]()[(1122----+=（1）式中：fDT Q ——被测试样的发热量G ——被测试样的重量（克） K ——热量计水当量（克） q ——引火线的燃烧热（卡/克） b ——实际消耗的引火线重量（g ） H ——1.000℃T 1、T 2——直接观察的内筒初始及终了平衡点温度（℃） h 1、h 2——温度为T 1、T 2时对温度计的校正C ——滴定洗弹液所消耗的1ml1/10N NaOH 溶液体积（ml ）三、实验步骤1. 精确称取燃料煤样1g ±0.1g 。
2．安装点火丝。
3．氧弹中加入10ml 蒸馏水，拧紧氧弹盖，放在充氧仪上充氧，充至压力2.8~3.0MPa ，并保持30秒钟。
4．内筒加水2100ml 左右，将氧弹放入内筒，水应淹没氧弹盖的顶面10~20mm.(注意每次用水量应一致，相差1g 以内)，观察氧弹的气密性，氧弹应无气泡漏出。
5．把氧弹放在内筒支架上，盖上顶盖。
6．按[测量]键，输入编号、样重，选择测定煤炭或生料，搅拌器形如搅拌，测试开始。
注意：液晶显示器显示内筒温度和试验时间，5min 后显示内筒温度t0和外筒温度tj ，并通电点火，仪器中“嘟嘟”报讯四声，开始重新记时。
如果点火一分钟后，温升小于0.05℃，则点火失败，仪器“嘟嘟”报警10声，显示点火失败试验终止。
Simulink仿真集成环境简介Simulink是可视化动态系统仿真环境。
1990年正式由Mathworks公司引入到MATLAB 中，它是Slmutation和Link的结合。
目前介绍Simulink的资料有很多，这里主要介绍它的基本使用方法和它在控制系统仿真分析和设计操作的有关内容。
一、Simulink基本操作1．进入Simulink操作环境双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，如图0－1所示。
图0－1 MATLAB开发环境图0－2 Simulink图形库浏览器画面从MA TLAB的桌面操作环境画面进入Simulink操作环境有多种方法，介绍如下。
①点击工具栏的Simulink图标弹出如图0－2的图形库浏览器画面。
②在命令窗口键入“simulink”命令，可自动弹出图形库浏览器。
上述两种方法需从该画面“File”下拉式菜单中选择“New | Model”，或点击图标,得到图0－3的图形仿真操作画面。
图0－3 Simulink仿真操作环境画面③从“File”下拉式菜单中选择“New | Model”，弹出如图0—3所示的未命名的图形仿真画面。
本方法需从工具栏中点击图形库浏览器图标，调出图0—2的图形库浏览器画面。
图0－3用于仿真操作，图0—2的图形库用于提取仿真所需功能模块。
图0—4是已建立的一个一阶惯性加时滞对象的单回路控制系统仿真框图。
下面将对建立这样的仿真系统用到的一些具体操作作个介绍。
图0—4 仿真系统框图2．提取所需仿真模块在提取所需仿真模块前，应绘制仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。
图0—2中的仿真用图形库，提供了所需的基本功能模块，能满足系统仿真的需要。
该图形库有多种图形子库，用于配合有关的工具箱。
下面将对本书中的实验可能用到的Simulink图形库中的功能模块作一个简单介绍。
（1）信号源模块组(Sources)信号源模块组包括各种各样的常用输入信号，如图0－5所示。
《热工测量技术及仪表》实验指导书曾志伟2009年3月实验须知1．实验前需仔细阅读实验指导书和实验接线及参考参数手册。
2．实验时应学生应按照实验接线手册接线，接线后需经专业老师确认正确后方可通电。
3．学生自行设计的实验，须经专业老师认同后才能进行。
注意事项1．进入实验室首先仔细阅读设备操作规程，实验时必须严格按操作规程操作。
2．实验前，请保证实验设备水路走向正确和开关电源接地端已经可靠接地！3．接线时，强电必须接强电，弱电必须接弱电，否则将导致设备埙坏；要注意接口端子的对应，如：L~L，N~N，+~+，-~-等。
4．本指导书所提供的实验参考参数是所做实验时必须更改的仪表部分参数，其他参数以仪表的出厂设置为准。
5．本指导书接线手册内强电图形部分中，无论用了几个仪表，一概用一个仪表表示。
实验过程的基本程序1．明确实验任务；2．提出实验方案；3．画实验接线图；4．进行实验操作，做好观测和记录；5．整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。
目录实验一水箱液位检测实验二水箱液位检测与定值控制实验三管道流量检测与定值控制实验四锅炉内胆水温检测附：接线手册及参考参数部分实验一水箱液位检测一、实验目的1. 掌握水箱液位的检测方法。
2、验证液位测量的线性关系。
二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 万用电表一只三、实验内容与步骤1、按如下接线方式连接好实验线路（附接线手册）。
强电：三相电源输出u、v、w接到380v三相磁力泵的u、v、w输入端单相Ⅰ的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端单相Ⅱ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端弱电：中水箱液位LT2信号+、-端对应接到智能调节仪1、2端调节仪输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号输入+、-端注意：完成接线后需经专业老师确认正确后方可通电。
2、打开阀F1-1、F1-2、F1-7，关闭其它与本实验无关的阀。
3、接通总电源和相关的仪表电源，打开24伏电源（传感器供电）和LT2信号开关。
实验一典型环节动态特性一、实验目的：利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，熟悉各种典型环节的响应曲线，分析环节动态特性。
二、基本内容：利用MATLAB仿真软件构成各环节，加阶跃扰动，从示波器中看曲线。
掌握比例、积分、惯性、实际微分环节的动态特性。
三、需用仪器及工具：MATLAB仿真软件，计算机四、实验步骤：1)进入WINDOWS操作系统，点击WINDOWS窗口中MATLAB图标，启动MATLAB。
2)点击MATLAB软件，进入Simulink工作环境。
3)在Simulink Library Browser(Simulink图书浏览器)中,调出示波器模块(Scope)、传递函数模块(Transfer Fcn)、阶跃信号（step）。
4)构成一个比例环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线图1 比例环节的对象模型改变参数K观察响应曲线变化。
（mux---信号集合模块）5)构成一个惯性环节的对象模型，接入示波器及阶跃输入，并设置模型参数，点击StartSimulation 得响应曲线图2 惯性环节的对象模型T一定，改变参数K观察响应曲线变化K一定，改变参数T观察响应曲线变化同时改变T，K参数，观察相应曲线变化。
6)打开Simulink窗口，构成一个积分环节对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变化。
图2 单容无自平衡（积分环节）对象模型改变参数T的值，观察响应曲线变化7)打开Simulink窗口，构成一个实际微分对象模型，加阶跃输入，观察响应曲线变化。
改变参数T、K的值，加阶跃输入，观察响应曲线变化。
五、实验结果记录及分析：1、画出以上项目中系统阶跃响应曲线图，由图分析系统动态特性2、区别惯性环节和实际微分之间的区别。
实验二调节对象的动态特性一、实验目的：学习利用MATLAB命令得阶跃响应曲线，分析系统动态特性，了解单有、单无、多有、多无对象的动态特性。
课程实验指导书院（系）冶金工程学院专业金属材料工程年级三年级课程名称热工测量仪表2010年 8 月 27 日目录实验一工业热电偶的检定及静态特性的测试 (3)实验二常用显示仪表的示值检定 (10)附录直流电位差计的使用说明 (24)实验一工业热电偶的检定及静态特性的测试一、实验目的1、掌握工业热电偶的校验方法，检定热电偶的热电势是否符合规定的允许误差。
2、通过实验测试：加深对热电偶的分度过程的了解。
3、学习工业热电偶检定装置系统的各部分原理和操作。
二、实验器材1、标准镍铬—镍硅热电偶（附标准热电偶的检定证书） 1支2、被检镍铬—镍硅热电偶 1支3、UJ33A直流电位差计 1台4、管状电炉 1KW 220V 1台5、调压器（自耦调压器） 2KVA 1台6、冰瓶 1只7、水银温度计 0℃—100℃ 1支8、双刀双掷开关 1个三、实验原理热电偶在出厂时要进行检定，使用单位在使用过程当中也要定时校验，这是由于热电偶的电极材料在使用过程中，特别是工作端温度高，易氧化、腐蚀和再结晶，使其热电特性发生变化，测量误差增大。
为保证热电偶的测量精度在规定的误差范围内，必须对其定期校验。
下面附上工业热电偶允许偏差范围表1:（2）允许以（℃）或实际温度的百分数表示，两者中采用计算数值较大的一个值按Ⅱ等级计算。
1、工业热电偶校验装置及方法：工业热电偶检定方法有多种，本实验采用的是双极比较检定法，即用高一级的标准热电偶对被检热电偶在同一温度条件下直接进行比较（我国标准热电偶传递表见附表2）。
操作时，将被检热电偶与标准热电偶的工作端至于管状电炉内，在同一温度条件下。
用直流电位差计分别测量标准和非标准的热电偶的热电势（各种工业热电偶检定点温度见附表3），将所测电势与分度表上对应热电势（标准偶）进行比较；求出被检热电偶的偏差值。
再根据表1判断这种方法简单易行，是常用的一种检定方法。
同时通过检定还可获得该热电偶的静态特征，即分度关系。
暖通空调监控系统认识实验指导书
一、系统概述
建筑设备自动化系统（BAS，Building Auotomation System)，是应用前端探测器或执行器，现场设备（DDC），网络通讯技术及计算机控制实现对建筑物内机电设备运行的监视、控制和管理的综合系统。
建筑物中的机电设备具有多而散的特点。
为方便监控和管理，按类别和功能划分为：暖通空调监控子系统，供配电设备监控子系统，照明监控子系统，给排水监控子系统，电梯监控子系统等。
建筑设备自动化系统有广义BAS和狭义BAS之分，狭义BAS没有火灾自动报警系统和安全防范系统，包括电力、照明、空调等。
在《智能建筑设计标准》（GB/T50314—2000）中，
图1-1系统图
冷水机
模拟房间
给/排水泵
监控实训台
冷水机组
集成系统图如图1-2所示：
图1-2集成系统图
二、基本概念
1、DI： DIGITAL INPUT,数字量输入
2、DO： DIGITAL OUTPUT,数字量输出
3、AI： ANALOG INPUT,模拟量输入
4、AO：ANALOG OUTPUT,模拟量输出
如AI温度传感器：电阻式传感器的基本原理是将被测的非电量转化成电阻值的变化，再经过转换电路变成电量输出。
测量管路中的液体温度或风道内的气体温度，其输出信号正比于所感应的温度，直接提供0-10V的电压信号或4-20mA电流信号。
表冷器、集中式空调、半集中式空调
图1-5 混合式空调
三、暖通空调监控系统
暖通空调系统是智能建筑设备中最主要的组成部分，其作用是保证建筑物内具有舒适的工作生活环境和良好的空气品质。
整个系统由冷冻水系统、冷水机组、冷却水系统、空调机组等组成。
（一）冷冻水系统
冷冻水系统的监控目的：
（1）保证冷水机组蒸发器通过足够量的冷冻水使蒸发器正常工作，防止冻坏。
（2）满足用户需求。
（3）尽可能减少冷冻水泵的能耗。
冷冻水控制点位图：
图1-6冷冻水控制点位图管道温度传感器：用于测量管路中的液体温度或风道内的气体温度，其输出信号正比于所感应的温度，直接提供0-10V的电压信号或4-20mA电流信号，它们广泛应用于暖通空调、采暖、制冷等温湿度自动控制系统。
特点：标准测量元件，整个测量范围线性输出；敏感器件采用集成半导体温度变送器，其输出信号和温度成线性关系，具有反应灵敏，抗干扰性强等显著优点；可方便布线,并可防止接线错误；外型设计符合各种测量、安装要求。
冷水机组的冷水供、回水设计温差不应小于5℃。
在技术可靠、经济合理的前提下宜尽量加大冷水供、回水温差。
（二）冷水机组
对于冷水机组的监控，我们只需进行启停控制，同时可读入机组运行状态。
其余控制由冷水机组本身自动完成。
冷水机组不能频繁启停，否则容易烧毁（压缩机），所以我们从物理上给以保护，通过安装延时继电器来控制启动时的延时。
蒸发器
压缩机
冷凝器
（三）冷却水系统
冷却水系统的监控目的：保证冷水机组冷凝器通过适当水量和温度的冷却水使冷凝器正常工作，防止烧坏。
根据上述监控要求，可得出如下最简监控点位图：
图1-7冷却水控制点位图
： 1、开启顺序：水系统的开启顺序很重要，应避免用电负荷瞬间过大。
若开启不当，容易造成设备提前老化，严重时会使设备损坏。
正确的开启顺序是：水管路上的阀门立即开启→开冷却塔风机→开冷却水循环泵→开冷冻水循环水泵→开启冷冻机组。
２、关闭顺序：同水系统的开启顺序一样，若关闭不当，也会引起开启不当的后果。
正确的关闭顺序是：冷冻机组停机→冷却塔风机关闭→冷冻水循环泵关闭→冷却水循环水泵关闭→水管路上的阀门关闭。
（四）空调机组
空调机组监控要求：监测风管道内的温度；监控风阀开度；调节冷冻水、热水进水阀开度；监控风机的运行状态及控制风机启停。
根据上述监控要求，可得出如下监控点位图：
图1-8 空调机组的点位图
在控制时，不仅要考虑到对温度的控制，还要考虑按照什么原则控制新风阀和回风阀的开度比例使空气处理过程耗能最少。
系统将根据测量的室外温度进行新风、回风焓值计算比较，采用经济运行方式，在满足卫生许可的条件下，夏季尽量采用最小新风比例充分利用室内回风，过度季节充分利用室外空气的自然调节能力，节省冷量的消耗，同时满足空调的要求。
设备安装及接线：对于现场控制器的安装，实际中采用就近安装、远离噪音的原则。
四、实验目的 1、了解模拟量实际应用、熟悉模拟量的电压表示方法、风阀的控制原理、熟悉风阀的控制方法；
2、加深对空调系统结构的认识和对冷水机组系统设备认识；
3、初步掌握对设备控制的方法、掌握对冷冻水水温的测量、对冷水机组、冷冻泵、冷却水泵、运行状态、启停控制方法。
五、实验要求
1、课前熟悉空调系统的结构、温度传感器的工作原理、风阀驱动器的工作原理以及继电器的控制原理。
2、能运用组态网进行简单的控制；
3、仔细阅读相关软件的使用说明书(User's Guide or Help)；
4、熟悉空调系统的控制原理和机制。
5、最终能熟悉操作步骤。
六、实验仪器
空调系统设备，DDC控制器， PC机，辅材
七、实验步骤
1、在空调模型上找到新风温度传感器，给空调设备供电；
2、根据温度传感器的测量范围为0~50℃，其信号输出的范围为0~10V，根据测量的值，按比例关系计算相应的温度值，小数点保留1位即可。
3、打开监控系统，选择相应温度值或风阀反馈开度的变量。
4、进入到如下界面，可进行风机的起停控制及数据的记录。
5、在系统关闭的情况下，点击画面上的“切换到手动”图标，这样，就可以通过点击画面上的风机的图标来实现对风机起停的控制。
6、点击“切换到自动状态”，启动空调系统。
5、打开组态网6.52软件进入暖通空调水系统界面，如下图所示：
6、画出水系统中的主要设备，并如实训五中作箭头表示水流方向，加入文本XXX后，
双击，选择模拟值输出，选择相应温度值的变量。
7、测量及记录数据
软件已设置了对各探测器的数据采集，在此画面上可以直接读取冷冻水系统的相关数据。
