北京石油化工学院热能与动力工程专业实验指导书(第一版)

实验一温度测量
温度测量是热能与动力工程测试技术的基本实验之一。

本实验目的是用热电偶测温仪和红外线测温仪分别测量高温、中温、低温物体的温度。

分析其测量结果的异同。

并了解热电偶测温和红外线测温原理异同。

【实验目的和要求】
1、熟悉表面温度计、HI98701热电偶测温仪（打印式）、雷泰红外线测温仪LRL3、时代红外线测温仪的使用方法，以及热电偶测温和红外线测温原理异同。

2、使用表面温度计、HI98701热电偶测温仪的四种探头、雷泰红外线测温仪LRL
3、时代红外线测温仪测量人体表面温度、过热蒸汽温度、锅炉炉膛温度、分析测量结果的异同。

【实验原理及装置】
1、实验原理
热电偶测温工作原理：参照《热能与动力工程测试技术》课本热电偶测温一节。

红外测温原理：
红外测温仪与人眼很接近，红外测温仪中有一组透镜，该透镜将物体发射出的红外辐射汇聚到探测器上，探测器被汇聚光线照射便产生信号，该信号被传到后面电路；而人眼是将光线汇聚到视网膜上，视网膜受到阳光的刺激向大脑发出信号。

后面电路在对其进行处理并计算出物体的温度。

物体所发出的红外辐射能量的强度与其温度呈正比例，物体温度越高，所发出的辐射能量越强。

一般用黑体来标定非接触式温度测量仪器。

黑体是极好辐射源，它可发射或接收所有的辐射能量而无反射或透射，黑体的辐射率为1.00。

下图为黑体的辐射能量随温度及波长的变化曲线。

许多物体的发射率小于1，但在红外波段中的所有波长处的发射率值是非常一致的，此类物体称为灰体。

测量时应调节发射率值使之与所测物体的发射率相一致，这样测得的温度为真实温度。

附录3列出了常见物体（金属和非金属）的发射率值。

便携式红外测温仪无需接触物体即可测量物体表面温度。

它接受所测目标辐射的红外波段能量，然后计算其表面温度。

也可计算出测量过程中的平均温度、最高温度、和差值，并将其在显示板上显示出来，单位为摄氏度或华氏度。

其数字／模拟输出可用于数据记录、调节其他仪器设备或工艺控制器，也可实现温度测量值和发射值的远程显示。

2、实验装置
（1）表面温度计
（2）HI98701热电偶测温仪（打印式）
1、功率采集插座
2、温度探针连接器
3、液晶显示器
4、卷纸键将纸卷上
5、ON/OFF 键，打开或关闭仪器
6、ALT键，转换功能键
7、CH/TIME键选择输入通路，显示日期和时间，能够使背景闪亮8、LOG存储打印数据
9、LOG INFO键移动或显示存储信息（按ALT） 10、CFM键，向右移动，同时按住CFM和ALT确认值
11、FNC键，向上移动，同时按住FNC和ALT选择确认值
（3）雷泰红外线测温仪LRL3（操作方法见附录2）
（4）时代红外线测温仪
【实验步骤和数据处理】
1、用表面温度计、HI98701热电偶测温仪四种探头、雷泰红外线测温仪LRL3、时代红外线测温仪分别测量手内表面的温度，测量三次取平均值。

2、用表面温度计、HI98701热电偶测温仪四种探头、雷泰红外线测温仪LRL
3、时代红外线测温仪分别测量过热蒸汽的温度，测量三次取平均值。

3、用HI98701热电偶测温仪四种探头、雷泰红外线测温仪LRL3、时代红外线测温仪分别测量锅炉炉膛温度，测量三次取平均值。

4、分析测量结果：
热电偶温度计和红外测温仪的优缺点。

热电偶温度计更适用于测高温物体还是低温物体？
热电偶温度计和红外测温仪的测量精度哪一个更高一点？
实验二湿度测量
湿度测量是热能与动力工程测试技术的基本实验之一。

本实验的目的是用便携式温湿度计分别测量不同环境下的空气相对湿度和温度。

分析其测量结果的异同。

并了解温湿度计的工作原理及其构造。

【实验目的和要求】
1、加深理解相对湿度和空气含湿量的概念及相对湿度的测量原理；
2、了解HI8564便携式温湿度计的工作原理及其构造；
3、熟练掌握HI8564便携式温湿度计的使用方法。

4、掌握等精度测试数据误差估计的计算方法。

【实验原理及装置】
HI8564便携式温湿度计采用电容式感应器获得被测环境的相对湿度信号，同时又以热电偶测得环境的温度并转换为电信号，经放大和模数转换为数字信号，以相对湿度的百分数显示出来。

HI8564便携式温湿度计的使用方法见附录4。

【实验步骤和数据处理】
1、用HI8564便携式温湿度计测量室内空气的相对湿度和温度，作10次等精度测量；
2、用超声波增湿器（置于最大雾量）对室内空气加湿30分钟，再重复步骤（1）的测量。

3、用等精度测试数据误差估计方法分别对上述两次测量的数据进行处理，求得各自的相对湿度和温度的平均值，并给出相应的误差估计范围。

实验三流量测量
流量测量是热能与动力工程测试技术的重要实验之一，流量是一个非常重要的参数，它在《流体力学》及《传热学》中都是应用较广的参数。

本实验室利用超声波流量计测量校锅炉房的蒸汽锅炉省煤器的冷热水流量，用热电偶温度计测量出冷水、热水、烟气进、出省煤器温度，并计算《传热学》中省煤器顺流平均温差。

【实验目的和要求】
1、超声波流量计基本原理和使用方法。

2、熟悉AD-3253B超声波测厚仪基本原理和使用方法。

3、复习热电偶测温仪的操作方法。

4、掌握由基本数据计算烟气流量、顺流平均温差的方法。

5、分析实验产生误差的原因及产生误差的可能途径，并提出改进省煤器提高换热效率的具体措施。

【实验装置及原理】
超声波流量计（使用方法见附录5）、AD-3253B超声波测厚仪（使用方法见附录6）和HI98701热电偶测温仪。

超声波流量计的工作原理是依据超声波在液体中传播速度和流速有关的工作原理制成的。

AD-3253B超声波测厚仪是依据超声波在被测物体中穿过的时间和被测物体的厚度成正比的原理制成的。

【实验步骤和数据处理】
1、测量进水管的外管径D；
2、用超声波测厚仪测进水管的管壁厚度δ；
3、用超声流量计测量进水管的流量G1；
4、用热电偶测温仪测量冷水温度t1、热水温度t1”、烟气进口温度t2、烟气出口温度t2”。

冷水温度
t1,（℃）热水温度
t1”
（℃）
水流量G1
（kg/m3）
烟气进口
温度t2,
（℃）
烟气出口
温度t2”
（℃）
平均温差
1
2
3 平均值
实验四烟气成分分析
烟气成分分析是热能与动力工程测试技术的基本实验之一，实验中涉及温度、压力等基本量的测量，测量中涉及到热电偶以及皮托管的应用。

计算中用到混合气体以及燃烧效率方面的基本知识。

本实验目的是增加烟气成分实验分析方面的感性认识，同时用KM900烟气成分分析仪分析校锅炉房的六台供暖锅炉的烟气成分，进而分析每台锅炉的燃烧状况，以及仪器测出的一个气样是否良好、锅炉运行是否清洁。

促进理论联系实际，以利于培养同学分析问提和解决问题能力。

【实验目的和要求】
1、了解KM900手持式烟气分析仪的基本原理和使用方法。

2、熟悉本实验中的测温、测压的方法。

3、掌握由基本数据计算出净效率、总效率、过剩空气系数、CO2％、以及未燃烧燃料损失的的方法。

4、用手持式烟气分析仪分析校锅炉房的六台供暖锅炉的烟气成分，进而分析其燃烧状态。

5、分析本实验产生误差的原因及产生误差的可能途径。

并提出改进锅炉燃烧的具体措施。

【实验装置及原理】
实验装置为KM900手持式烟气分析仪，其工作原理依据输入的燃料的初始数据，通过分析通入的烟气成分来分析燃料的燃烧状况，以及烟气中有毒气体的成分。

1、仪器的外观和控制面板
2、仪器背部
3、标准探针
4、仪器的连接
【实验步骤和数据处理】
1、燃料参数的计算
向校锅炉房师傅要来燃料种类以及燃料的化学成分，然后计算出K1n、K1g、K2、K3、K4D等参数。

计算方法见附录1。

2、仪器自动进行校准
正确连接探针机过滤器等部件后，在环境空气中按开/关键开机。

此时屏幕显示：原机显示中文
180－0倒计时显示：
0。

主页
CO/CO2R 0.0000 CO2％0.0
PINDEX %………0.00 有害气体参数% 0.00
XAIR % O2 >20% 过量空气系数 % O2 >20%
Prs mbar 0.0 压力毫巴0.0
有害气体参数= CO/CO2×100%
当氧气值大于20%时，过剩空气系数不显示
SO2PPM 0 SO2PPM 0
O2 % …………. ..20.9 O2 % …………. ..20.9
O2REF % OFF O2REF % OFF
AMBULENT C X 环境温度X
NATURAL GAS 天然气
DATE %………01-01-98 日期月-日-年
TIME % 12:30:01 时间时：分：秒
BATTERY % 99 电池电量99
电池电量最大值99%，当示值小于30%时，必须对电池充电。

4、烟道气采样
自动校准结束后，探针便可以插入烟道采样孔内进行采样。

探针插入烟道采样孔内。

伴随着O2值下降，有害气体值上升，大约一分钟，仪器示值将达到实际值的90%左右。

三分钟后，仪器示值将基本稳定。

数值可通过显示屏直接读取，也可通过存储键存储数据或使用打印键打印出测试数据。

存储时，按下存储键，屏幕显示：
STORE MENU 存储菜单
MODE ：STORE 形式存储
LOCATION ：EMPTY 位置空
PRESS TO RETOLOG 按存储键存储
再次按下存储键，屏幕显示“PLEASE WAIT”（请稍侯），待屏幕恢复到主页面时，数据已被存储。

对于压力的测量，可将标准皮托管直接连接在压力接口上。

两个接口测量一个为正值，一个为负值。

测量动压、将皮托管同时连接于两个接口上。

当读数时，可通过开闭泵键关闭泵以保持电池电量。

5、记录测量数据后，从烟道里拔出采样探针，在清洁空气中抽气清洁传感器3分钟左右。

待O2值趋近于20.9%，有害气体近于0时，按开/关键关机。

实验五制冷小系统
【实验目的】
1.通过所学知识，能将制冷系统的部件用耐压软管正确的连接。

2.掌握制冷系统打压检漏的方法。

3.掌握制冷系统抽真空的方法。

4.掌握制冷系统充注和补注制冷剂的方法。

5.通过人为故障的设置，掌握制冷系统常见故障的判别和排除。

【实验器材】
氮气瓶，储液瓶，真空泵，相应的测量仪表，专用工具，电源开关，手阀，耐压软管等。

一、实验前的准备工作
1.将小车移至所需位置
2.将有机玻璃护罩打开
3.检查所有开关及阀处于开启位置
4.接通电源待用
二、系统连接
将直冷式冰箱制冷系统按上图所示，用耐压软管连接，各接头应拧紧，经检查无误后待用。

三、打压检漏
1、用耐压软管联接充氮手阀和制冷系统加液口，打开氮气瓶总阀及减压阀(减压
压力为1.5MPa)，打开充氮手阀，即开始充氮打压，使压力保持在1.0Mpa。

2、若在保压过程中出现表压力下降现象，用肥皂水(或用自备的其他检漏设备)
检查各处，发现漏点，一般通过拧紧接头即可解决，直至系统压力在1～2小时内没有下降。

四、系统抽真空
1、将系统内的氮气排空，用耐压软管联接抽真空手阀和加液口，启动真空泵，
开始抽真空，直到真空度为－0.1Mpa。

2、观察真空表显示真空度的变化，如果1小时内系统真空度不变化，说明系统
真空度较好。

五、充注或补注制冷剂
1、用耐压软管将制冷剂储液罐总阀连接与加液阀连接，因经抽真空后，制冷小
系统内已呈真空状态，此时只需增大储液罐上总阀开度，制冷剂将自行进入制冷小系统中。

2、若系统中制冷剂不足，需要补注，此时需要先开启制冷系统，使制冷剂在系
统运行中，从加液口吸入。

3、加液量：可用观察法来帮助判断，观察毛细管及蒸发器外面的挂霜情况，直
至结满结实为度。

六、二次抽真空
因为不凝性气体的存在对制冷系统的性能有很大的影响，所以当系统经过检漏抽真空，已经符合要求，可以充灌制冷剂。

在充灌制冷剂之前，最好采取进行第二次抽真空。

七、人为故障实验
逐个关小或关闭故障阀l、故障阀2、故障阀3，观察系统运行状况变化，如：压力表读数，压力控制器的动作，制热、制冷的效果变化……等。

表1
【注意事项】
1.本次实验制冷系统的连接使用的是耐压软管，因此在打压检漏时一定要注意不
能使压力过高，超过1.2MPa。

2.在充灌制冷剂时，若压缩机回气管路已经开始结霜，此时说明制冷系统制冷剂
已经足够，不能再充注制冷剂，否则容易发生液击，损坏压缩机。

3.不要停机后马上又启动压缩机，中间最少保持3分钟。

4.在使用过程中要注意用电安全。

5.氟里昂R12一旦使用完毕，立即关闭相应阀门，以防止泄流。

6.高压氮气使用完毕，立即关闭相应阀门，以免不必要的浪费。

7.在充灌制冷剂的过程中，不要让制冷剂直接接触皮肤，以防止冻伤。

8.真空泵使用前，检查其油位线的位置，不足时及时补充。

【思考题】
1.在充注制冷剂时，除了上述的观察结霜的方法外，还有哪些方法在实际操作中
可行？
2.试分析出现表1各现象的原因？
3.你通过本次实验，有哪些体会？如果对该系统进行改进，你有哪些好的建议？
实验六制冷制热实验
【实验目的】
1.空调、冰箱系统额定功率的测定。

2.空调在制冷、制热工况下的额定电流以及冰箱额定电流的测定。

3.系统多种故障的设定及恢复。

图2 冰箱系统图
【实验指导】
1.在开机前，记下空调热泵系统和冰箱系统高、低压侧的压力，填入表1中。

表1
空调热泵系统冰箱系统
高压侧压力单位：MPa
低压侧压力单位：MPa
2.合上总电源开关，将空调热泵系统控制模式切换为手动模式；接通冰箱系统的
电源。

待系统运行稳定后，记录相应的数据，并填写表2、3、4。

表2空调制冷工况
室外温度
℃室内
温度
℃
吸气
温度
℃
过热
温度
℃
蒸发
器温
度
℃
过冷
温度
℃
冷凝
器温
度
℃
排汽
温度
℃
电压
V
电流
A
高压
侧压
力
MPa
低压
侧压
力
MPa
空调
热泵
系统
表3空调制热工况
室外温度
℃室内
温度
℃
吸气
温度
℃
过热
温度
℃
蒸发
器温
度
℃
过冷
温度
℃
冷凝
器温
度
℃
排汽
温度
℃
电压
V
电流
A
高压
侧压
力
MPa
低压
侧压
力
MPa
空调
热泵
系统
表4冰箱
工作室温度℃冷冻
室温
度
℃
吸气
温度
℃
过热
温度
℃
蒸发
器温
度
℃
过冷
温度
℃
冷凝
器温
度
℃
排汽
温度
℃
电压
V
电流
A
高压
侧压
力
MPa
低压
侧压
力
MPa
冰箱
系统
3.将空调系统转换为遥控模式，注意观察系统相应的变化。

4.根据表5的故障名称，进行空调故障设定及排除；根据表6的故障名称，进行
冰箱故障设定及排除，并对制冷系统的变化进行分析。

表5
序号故障名称故障产生的办法恢复正常的办法
1 漏氟
2 毛细管堵塞
3 氟过量
4 压缩机吸气口堵塞
5 冷凝器脏堵
6 蒸发器脏堵
7 压缩机过载保护器
8 压缩机启动电容器
故障
9 不制热
10 室外风机不转
11 室内风机不转
12 温控不灵
13 温控不灵
14 电源电路故障
15 室内侧漏水
16 制冷系统保护异常
表6
序号故障名称故障产生办法恢复正常办法
1 漏氟
2 毛细管堵塞
3 氟过量
4 压缩机吸气口堵塞
5 压缩机过载保护器
6 压缩机启动电容器
故障
7 不制冷
8 不停机
【注意事项】
1.本实验设备使用220V单相交流电源，功率为1.5KW左右。

2.实验台在搬运时绝对禁止倾斜，不得大于45度角。

3.在操作制冷或制热时，应间隔停机5分钟进行，严禁连续转换开关紧急切换，
否则将会影响压缩机寿命。

4.在做实验故障时，应尽快恢复正常，不要在有故障情况下长时间运行，否则会
损坏设备。

5.给空调系统或电冰箱系统加制冷剂时，应注意压缩机运行电流在额定值±10％
范围内。

6.空调系统制冷剂为R22，冰箱系统制冷剂为R12，禁止混用。

7.液晶显示空调遥控卸下电源重装相间应等10秒以上，以保证微电脑复位正常。

实验七综合式中央空调
【实验目的】
1.理论联系实际，加深了解制冷循环系统的组成。

2.巩固强化热力学基本定律。

3.加强对焓、熵的认识。

4.加强对综合式中央空调系统的温度、湿度、风量等参数的变化规律的认识。

【实验器材】
综合式中央空调系统，它包括媒水制作系统、管道通风系统、控制台、数据采集台等。

图2综合中央空调电路图
6
图3 空气处理风道结构
1、回风进口
2、调节风门
3、混合室
4、空气净化器
5、1500W电加热
6、干湿球温度传感器
7、换热器
8、加湿器
9、管道风机 10、输出风管
11、房间回风口 12、新风风口（可调） 13、加湿器电磁阀
14、加热器进水电磁阀 15、送风支管 16、送风口
【系统介绍】
一、媒水的制作
1、冷媒水的制作（参见图1）
m的对流式冷却塔，冷凝器水箱、
①冷媒水机组由1.5匹日立转子式压缩机，13
蒸发器水箱，R22热力膨胀阀，2升储液罐，示液镜，高低压压力表，控制手阀组成。

②冷媒水的产生。

冷媒水是在蒸发器水箱里产生的，冷媒水在蒸发器水箱中不断
的与蒸发器进行热交换，产生温度较低的冷媒水。

③冷媒水经过盘管水泵，相关管路送至风管的换热器和模拟房间的换热器，途径
为：蒸发器水箱出口－水泵－电磁阀－换热器－电磁阀－蒸发器水箱进口。

2、热媒水的制作
①热媒水是由4500W模拟锅炉电加热器承担，容积35升。

②合上操作面板的制热按钮，电流表有电流指示，说明加热器正常。

③制做热媒水时，必须将温度选择开关锁定在“锅炉”档，让热媒水温度长期显
示，电加热水箱（模拟锅炉）外壳装设热保护器，当热媒水温度上升至85℃时，热保护器起作用，切断电源。

④热媒水的路径为：电加热器水箱－电动阀－媒水泵－换热器－电磁阀－电加热
器水箱。

⑤膨胀水箱的作用是当电加热水箱温度上升时，箱中水位不断上升，膨胀水箱起
到储水作用。

二、系统控制电路
系统控制电路见图2。

三、空气处理风道
1、空气处理风道结构见图3。

2、工作状况
在这种系统中，空气的加热与冷却所需的制冷或供热由系统集中供给，空调系统包括空气处理、输送和分配几个部分。

空气处理全部在空调器进行，空调器设有空气混合室3、空气过滤器4、冷却器7、加热器5、加湿器8；空气输送部分设有风机9、送风主管18和支管15；空气分配部分设有分配器17。

系统中风机设在空调器后部，新鲜空气和回风被吸入空气混合室混合，再经过滤降温减湿或加热加湿处理，然后由风机把处理好的空气沿风管输送到各空调室空气分配器17。

空气分配器内设有调风门，用以调节送风量。

进入空调器新鲜空气和回风的比例，可通过回风和新鲜空气进口的调风门12调节。

【实验指导】
一、制冷操作
1、使用风机盘管向房间供冷
①冷凝器、蒸发器水箱加满水。

（说明：系统已经符合要求）
②合上总电源开关、温度选择开关，按制冷按纽，此时制冷指示灯亮。

③合上实验台左下角小控制面板的电源，指示灯亮，同时选择制冷工况，然后设
定模拟房间内室温低于实验室内温度。

④将操作面板上的模拟故障开关K1、K2、K3、K4、K7合上，冷却塔进出水开始
循环。

⑤微机开始动作，指令室内风机、盘管水泵、压缩机、电磁阀等全部开始工作。

⑥观察实验台上高低压压力表的读数，并用实验台中部的频道选择开关，观察系
统各处的温度，待稳定后，记录3组实验数据，并将结果记录在表1中，并说明冷媒水和空气的循环过程。

表1
2、使用风道向房间供冷
自行设计实验步骤，待系统稳定后，记录3组实验数据于表2，并说明冷媒水和空气的循环过程。

表2
3、使用风机盘管、风道，混合向房间供冷
自行设计实验步骤，待系统稳定后，记录3组实验数据于表3，并说明冷媒水和空气的循环过程。

表3
二、制热操作
1、使用风机盘管向房间供热
①检查模拟锅炉水位的高低，如果水位偏低，没有装满水箱，应及时补水。

②合上总电源开关、温度选择开关，按制热按纽，此时制热指示灯亮。

③合上实验台左下角小控制面板的电源，指示灯亮，同时选择制热工况，然后设
定模拟房间内室温高于实验室内温度。

④开K2，K3，K4。

⑤待系统稳定后，记录3组实验数据于表4，并说明媒水和空气的循环过程。

表4
2、使用风道向房间供热（热量来自媒水）
自行设计实验步骤，待系统稳定后，记录3组实验数据于表5，并说明热媒水和空气的循环过程。

表5
3、使用风道向房间供热（热量来自电加热器）
自行设计实验步骤，并说明热媒水和空气的循环过程。

4、用风机盘管和风道（用媒水加热）混合向房间供热
自行设计实验步骤，待系统稳定后，记录3组实验数据于表6，并说明热媒水和空气的循环过程。

表6
5、用风机盘管和风道（用电加热）混合向房间供热
自行设计实验步骤，待系统稳定后，记录3组实验数据于表7，并说明热媒水和空气的循环过程。

7
表
1．实验过程中要注意用电安全，该实验台的电加热采用了380V电加热器，请同学们特别注意安全。

2．在采用风道中电加热时，一定要先开风机，后开加热器。

3．在进行制冷制热切换以及压缩机停机后，要保证3分钟的间隔时间。

4．在使用模拟锅炉时，一定要先检查锅炉水位，看水是否加满。

【思考题】
1.如何测定压缩机在压缩过程中所消耗的电功？
2.在用风机盘管和风道（用媒水加热）混合向房间供热时，还可以加入电加热，
请写出在该情况下的实验步骤。

3.试说明各种情况下，实现向房间供热或供冷时，媒水和空气的循环过程？
4.在i－d图上画出一种制冷过程一种制热过程的空气处理过程线。

实验八单冷分体壁挂空调器拆装
【实验目的】
1、联系理论，加深了解制冷循环系统的组成。

2、了解房间空调器及其各部件的结构。

3、联系理论，加深理解改变制冷循环参数对系统各部分的影响。

【实验原理及方法】
随着生活水平的提高，房间空调器已逐渐成为家庭生活的必需品。

房间空调器主要有窗式和分体式两种型式。

分体式空调器是将压缩机、冷凝器、轴流风机等组装成压缩冷凝机组，置于室外，称为室外机；将蒸发器、离心式(或贯流式)风机、控制元件等组成冷风箱置于室内，称为室内机组；两者之间用连接管道相连，构成一个完整的空调机组，如图1所示。

图1 分体壁挂式空调器结构简图
分体式空调器按室内机分类为吊顶式、挂壁式、落地式、天井式、嵌入式等。

挂壁式为家用分体空调器中最常见型式，室内机直接挂在墙壁的上部位置，节省室内安装空间。

房间空调器一般由制冷系统、空气循环系统和和控制与保护电器系统三部分组成。

空调器的制冷系统由压缩机、冷凝器、蒸发器、干燥过滤器等组成。

小型全封闭压缩机将制冷剂压缩为高温高压气体后送至冷凝器，在其中冷凝成液体，然后经干燥过滤器和毛细管后进入蒸发器，在其中蒸发吸热，转变为过热蒸气，再被压缩机吸人进行压缩，如此不断循环。

空调器中的全封闭压缩机目前多采用往复式、滚动转子式。