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热工基础实验指导书汇总

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《热工基础实验》 实验指导书

周露亮 编 2016年2月 1

目 录 实验要求 ........................................... 2 实验一 饱和蒸汽压力和温度关系实验 ................ 3 实验二 热管换热器性能实验 ........................ 6 实验三 套管换热器液-液换热实验 ................... 8 实验四 球体法粒状材料的导热系数的测定 ........... 10 实验五 平板法导热系数的测定 ..................... 13 实验六 中温辐射黑度的测定 ....................... 16 实验七 燃料发热量的测定 ......................... 18 实验八 烟气分析 ................................. 22 实验九 流体力学综合实验 ......................... 26 实验十 热工过程参数综合测定 ..................... 30 附录1 铜－康铜热电偶分度表 ...................... 32 附录2 精密数字温度温差仪使用方法................. 33 2

实验要求 1．实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理、实验步骤和实验要求，做到心中有数。 2．在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。 3．实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能，培养科学的工作作风。 4．实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。 5．实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。 6．按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。 3

实验一 饱和蒸汽压力和温度关系实验 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p—t关系图表的编制方法。 3、观察小容积的饱和沸腾现象。

二、实验设备 本实验使用。实验装置主要由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表（0.1——0——1.5MPa）、调压器（0——220V）、

图1 电压表（图中未示出）、水银温度计（0——220℃）、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃窗等组成（参见图1）。采用电接点压力表的目的，在于使用中能限制压力的意外升高，起到安全保护作用。

三、实验方法和步骤 1. 熟悉实验装置的工作原理、性能和使用方法。 2. 将调压器指针置于零位，然后接通电源。 3. 将电接点压力表的上限压力指针拔到稍高于最高试验压力（例如0.8MPa）的位置。 4. 将调压器输出电压调至200——220V，待蒸汽压力升至接近于第一个设定的压力值时，将电压降至20——50V左右（参考值）。由于热惯性，压力将会继续上升，待压力达到设定值时，再适当调整电压（提高或降低），使工况稳定（压力和温度基本保持不变）。此时，立即记录下蒸汽的压力和温度。重复上述实验，在0——0.8MPa（表压）范围内取不少于6个压力值，顺序分别进行测试。实验点应尽可能分布均匀。 5. 实验完毕后，将调压器指针旋回零位，并断开电源。 4

6. 记录实验环境的温度和大气压力。 [注意]： 1）本设备也可采用逐点自控压力的方法进行测试，在控制的压力值下，测定相对应的饱和温度。但利用电接点控制，接点时接时离，温度不易稳定，且有损设备的使用寿命，所以不推荐使用。 2）本装置允许使用压力为0.8MPa（表压），不可超压操作。 [几点建议]： 1）教师可经过多次实验，找出与设定工况相应的电压值，以便缩短测试时间，提高测试精度。 2）为缩短实验课课时，指导教师可提前开启预热设备。（注意：为安全起见，应利用限压装置）。 3）测试时，建议以从低到高的顺序进行测试。 4）实验时，不必硬性规定各测试点的数值，可根据实验情况，在适当的稳定工况下，测读出数据来。 四、数据记录和处理 1. 记录与计算 实验序数 饱和压力[MPa] 饱和温度[℃] 误 差 压力表 P’ 大 气 压 力B 绝对压力 P=P’＋B 温度计 读值t’ 标准值 t △t=t-t’ [℃] △t/t*100 [％]

1 2 3 4 5 6 2、 绘制P——t关系曲线：将实验结果点在坐标中，清除特殊偏离点，绘制曲线。

3、 整理成经验公式 将实验点绘制在双对数坐标中，实验曲线将基本呈一直线，所以饱和水蒸汽压力和温度的关系可近似整理成下列经验公式：t=1004P 5

五、思考题 1、本装置允许使用压力为多少？ 2、实验在什么范围内取多少个压力值？ 3、绘制P——t关系曲线时P表示什么压强？ 6

实验二 热管换热器性能实验 一、实验目的 1． 了解热管换热器实验台的工作原理； 2． 熟悉热管换热器实验台的使用方法； 3． 掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计算方法

二、实验台的结构极其工作原理 热管换热器实验台的结构如下图所示。1—翅片热管；2—热段风道；3—冷段风道；4—风机；5—电加热器（I—450W，II—1000W）；6—工况选择开关（I和II）；7—热电偶；8—测温切换开关；9—热球风速仪（独立仪表）；10—冷端热电偶接线柱；11—电位差计接线柱；12—风速测孔；13—支架

加热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片热管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算出换热器的换热量Q和传热系数K。

三、实验台参数 冷段出口面积Fl=0.09²∏/4=0.0064m² 热段出口面积Fr=0.16²=0.0256m² 冷段传热表面积fl=0.536m² 热段传热表面积fr=0.496m²

四、实验步骤 1、联接电位差计和冷端热电偶。（如无冰条件，可不接冷端热电偶，而将冷端热电偶的接线柱短路。这样，测出的温度应加上室温） 2、接通电源，将工况开关按在“工况I”位置（450W），此时电加热器和风机开始工作。 7

3、用热球风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速。（为使测量工作在风道温度不超过40的情况下进行，必须在开机后立即测量）。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书。 4、待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量冷,热段进出口温度tl1、tl2、Tr1、Tr2(参看实验台结构图)。 5、将“工况开关”按在“工况II”位置，重复上述步骤，测量工况II的冷热段进出口温度。 6、实验结束后，切断所有电源。

五、实验数据处理 1、数据记录 工况 序号 风速v 冷、热段进出口热电势mv 冷段 热段 tl1 tl2 tr1 tr2

I 1 2 3 平均

II 1 2 3 平均 2、计算换热量、传热系数及热平衡误差； 工况I（450W） 冷段换热量 Ql=0.24（3600Vl.Fl.pl）(tl2-tl1) [Kcal/h] 热段换热量 Qr=0.24（3600Vr.Fr.pr）(tr1-tr2) [Kcal/h] 热平衡误差 &=（Qr-Ql）/Qr % 传热系数 K=Ql/fl△t [Kcal/m².h.ºC] 式中 vl,vr ——冷、热段出口平均风速 [m/s] Fl,Fr ——冷、热段出口段面积 [m²] tl1,tr1,tl2,tr2——冷段、热段进出口风温（参见图示） 8

实验三 套管换热器液-液换热实验 一、实验目的 1、测定在套管换热器中进行的液液热交换的传热总系数，流体在圆管内作强制湍流时的传热系数。 2、对在强制对流下进行液液热交换过程，验证求算传热膜系数的关联式。 3、通过实验取得新物系的传热系数的数据及其计算式。

二、 实验设备 本实验装置主要由套管热交换器（Ф12×1.5mm的黄铜管为内管，Ф20×2.0mm的有机玻璃管为套管所构成）、恒温循环水槽（控制恒温）、高位稳压水槽（保持水压恒定）以及一系列测量和控制仪表所组成，装置流程如图所示。

温度器两端测试点的图 套管热交换

冷流体热流体

三、实验的方法与步骤 1、向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。 2、开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并溢流管有水流出。 3、将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之浊状。将热电偶冷接点插入冰水中，盖严盖子 4、循环水槽的温度自控装置的温度定为55℃。启动恒温水槽的电热器。等恒温水槽的水达到预定温度后即可开始实验。 5、开启冷水截止球阀，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。 6、启动循环水泵，开启并调节热水调节阀。热水流量在60～250L/h 范围内选取若干流量值（一般要求不少于4～5组测试数据），进行实验测定。 7、每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后，再通过琴键开关，依次测定个点温度。

四、实验结果整理 1、实验设备基本参数。 测试段长度：L= mm 流体流通的横截面积：内管横截面积：S= mm2

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201204 热工综合实验-实验指导书

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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。

工程热力学实验指导书

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工程热力学实验指导书土木工程学院2009年5月19日目录一、气体定压比热测量实验 (3)二、二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验 (6)实验一气体定压比热测量实验一、实验目的和要求1、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。

2、熟悉本实验中的温度测量、压力测量、热量测量、流量测量的方法。

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、实验装置和原理实验装置由风机、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1所示，比热仪主体如图2所示。

流后流出。

在此过程中，分别测定：室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；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（Δh ）。

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（c pm ）。

气体的流量由调节阀控制，气体出口温度由输入电热器的功率来调节。

本比热仪可测300℃以下的定压比热。

三、实验内容开启风机，调节流量，使它保持在额定值附近。

调节电热器的输入功率，根据测得的室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；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（Δh ）等数据，并查用相应的物性参数，计算出被测气体的定压比热（c pm ）。

四、实验步骤和数据处理1、接通电源及测量仪表，将U 型管（测量压力）安装好，将出口温度计插入混流网的凹槽中。

2、开动风机，旋转调节阀，读出每10L 空气通过流量计所需时间（τ，秒），使流量保持在额定值附近。

3、调节电热器功率至某值[可以根据下式预先估计所需电功率：τt W ∆≈12，式中：W为电热器输入电功率（W ）；Δt 为进出口温度差（℃）——可假设从25℃加热到200℃，取n 个间隔，预估出Δt ]；τ为每流过10L 空气所需的时间（s ）]，连续加热进入设备的空气，记录加热后的出口温度。

工程热力学实验指导书讲解

工程热力学实验指导书讲解

实验一 空气定压比热容测定一、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。

2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。

3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。

二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为()p p hc T∂=∂ （1） 在没有对外界作功的气体定压流动过程中，p dQ dh M=, 此时气体的定压比热容可表示为p p TQM c )(1∂∂=（2） 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定)(1221t t M Q c p t t pm-=(kJ/kg ℃) (3)式中，M —气体的质量流量，kg/s;Q p —气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s 。

大气是含有水蒸汽的湿空气。

当湿空气由温度t 1被加热至t 2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。

如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。

低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为3162741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=(kJ/kgK)式中T 为绝对温度，单位为K 。

该式可用于250～600K 范围的空气，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。

在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为Bt A c p += （4）由t 1加热到t 2的平均定压比热容则为m t t t t pm Bt A tt B A dt t t Bt A c+=++=-+=⎰221122121(5) 这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。

工程热力学实验指导书(guo)

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重庆科技学院工程热力学实验指导书1热能与动力工程教学示范中心二〇〇八年九月目录实验一气体定压比热容测定实验1实验二二氧化碳p-v-t关系测定实验8实验三饱和蒸汽压力和温度关系实验15实验四喷管实验1831实验一 气体定压比热容测定实验一、实验目的1．了解气体比热测定装置的基本原理和构思。

2．熟悉本实验中测温、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、实验原理引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：pdv du dq += 和 vdp dh dq -=（1）定压时0=dpp p T h dT vdp dh dT dq c ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=（2）此式直接由p c 的定义导出，故适用于一切工质。

在没有对外界作功的气体的等压流动过程中：p dQ m dh 1= （3）则气体的定压比热容可以表示为：()1221t t m Q c p t t p -= kJ/kg •℃（4）式中：m ——气体的质量流量，kg/s ；p Q ——气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s 。

由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。

实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：Λ+++=2et bt a c p （5）式中a 、b 、e 等是与气体性质有关的常数。

例如空气的定压比热容的实验关系式： 3102741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=kJ/kg •K式中：T ——绝对温度，K 。

该式适用于250～600K ，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。

由于比热随温度的升高而增大，所以在给出比热的数值时，必须同时指明是那个温度下的比热。

根据定压比热的定义，气体在t ℃时的定压比热等于气体自温度t 升高到dt t +时所需热量dq 除以dt ，即：dt dqc p =当温度间隔dt 为无限小时，即为某一温度t 时气体的真实比热。