热工试验

cp = (
∂h )p ∂T
（1）
当气体在定压流动过程中对外不做功时， dh =
dQ p M
, 此时气体的定压比热容可表示为
cp =
1 ∂Q ( )p M ∂T
（2）
当气体在此定压过程中由温度 t1 加热至 t2 时，气体在此温度范围内的平均定压比热容 可由下式确定
c pm
t2 t1
=
Qp M (t 2 − t1 )
u∞ D
ν
三、实验设备
1-箱式风洞；2－实验段；3－圆柱体；4－测压孔；5－微压计；6－皮托管；7－调节风门
四、实验任务 每间隔 10 度测量一次圆柱体表面与来流流体静压的差值， 根据公式 （6） 计算阻力系数， 并绘制阻力系数随圆周角的变化曲线。
喷管试验—气体在喷管中流动性能的测定
一．实验目的 1.巩固和验证有关喷管基本理论。 熟悉不同形式喷管的机理， 掌握气流在喷管中的流速、 流量、压力变化的基本规律及有关测试方法。 2.对渐缩喷管或缩放喷管进行下列测定： (1) 测定不同工况（初压 P1 不变，改变背压 Pb）时气流在喷管中的流量 M；绘制 M —Pb 曲线；比较最大流量 Mmax 的计算值和实测值；确定临界压力 Pc。 (2) 测定不同工况时气流沿喷管各截面（轴线位置 x）的压力 P 的变化；绘制出一 组 P—x 曲线；分析比较临界压力 Pc 的计算值和实验值；观察和记录 Pc 出现在 喷管中的位置。 (3) 将 M—Pb 曲线和 P—x 曲线相比较，分析异同点及原因。 二．实验原理 1.在稳定流动中，喷管任何截面上质量流量都相等。且不随时间变化。若初速度为 0, 则流量大小可由下式决定
λm = A + B(t1 + t 2 ) / 2 = A + Bt m (4)
即在平均温度 tm=(t1+t2)/2 的条件下，板材的 (4) 导热系数等于在 t1 和 t2 间材料的平均导热系数。 式则写为：
q = λm (t1 − t 2 ) / δ (5)
空气绝热指数的测定
一、实验目的 1.学习测量空气绝热指数的方法； 2.通过实验，培养运用热力学基本理论处理实际问题的能力； 3.通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。 二、实验原理 在热力学中，气体的定压比热容 c p 和定容比热容 c v 之比被定义为该气体的绝热指数， 并以 k 表示，即 k = c p /c v。 本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指 数 k 。该实验过程的 p – v 图，如图 1 所示。图中 A B 为绝热膨胀过程；B C 为定容加热 过程。 因为 A B 为绝热过程，所以
式中：h0——来流总压 p0 的值，mmH2O； h∞——来流静压 p 的值，mmH2O； 2 9.81——由（mmH2O）换成（N/m ）应乘的系数。 圆柱体表面任一点压力与来流压力之差
N/m
2
（4）
p − p∞ = 9.81( h − h∞ )
N/m
2
（5）
式中：h——圆柱体表面任一点处压力 p 的值，mmH2O，这样压力系数
p AV A = p BVB
k
k
（1）
B C 为定容过程，所以 V B = V C 。 假设状态 A 与 C 所处的温度相同，对于状态 A、C 可得：
p AV A = pCVC
将（2）式两边 k 次方得
（2）
( p AV A ) k = ( pCVC ) k
比较（1） 、 （3）两式，可得
k k pC pA = p A pB
u0 = 0 uθ = −2u∞ sin θ
而圆柱体表面上任一点的压力 p，可由伯努里方程得出
(1)
p
γ
+
2 u0 p u2 = ∞ + ∞ 2g γ 2g
(2)
式中 p∞ 为无限远处流体的压力；
u∞ 为无限远处流体的速度。
工程上习惯用无因次的压力系数 cp 来表示流体作用在物体上任一点的压力，由（1）式 和（2）式可得到绕圆柱体流动的理论压力系数
1——U 型压力计；2——防尘罩；3——排气阀；4——刚性容器；5——充气阀 图 2
四、实验任务 根据实验原理， 通过测定膨胀前系统的压力和经绝热膨胀后与环境平衡后的压力， 完成 下表，并计算出空气的绝热指数。 序号 1 2 ┊ 6 ∑ki/6 hA (mmH2O) hC (mmH2O) hA - hC k=hA/(hA-hC)
管道沿程阻力测定
一、实验目的 1.通过实验了解影响沿程阻力的因素； 2.整理沿程阻力系数与雷诺准则的关系 λ = f (Re ) ； 3.学会用实验得数据整理成经验公式的方法； 4.学会使用涡轮流量计测量流量的方法。 二、实验原理 流体沿内径均匀的管道流动时，所产生的沿程损失 hf 是与管长 l﹑管径 d﹑管壁粗糙度 Ks﹑流体的平均流速 um﹑密度ρ﹑粘度μ以及流态有关。根据相似原理分析，hf 可由下面的 关系式表示：
M max = f min
2k ⎛ 2 ⎞ ⎜ ⎟ k +1⎝ k +1⎠
2 k −1
⋅
p1 v1
= 0.685 f min
k
p1 1 = 0.0404 f min p1 v1 T
⎛ 2 ⎞ k −1 pc = ⎜ ⎟ p1 = 0.528 p1 ⎝ k + 1⎠
喷管中的流量 M 一旦达到最大值，再降低背压 pb,流量 M 保持不变。
t1 和 t2 。 如图 1 所示。根据付立叶定律，描写板内温度场的导热微分方程式为：
q = −λ
dt dt = −( A + Bt ) (1) dx dx
相应的边界条件为：
x = 0 处,t = t1 x =δ 处,t = t2
(2) 积分（1）式并代入（2）式的边界条件，则得： q = [A + B (t1 + t 2 ) / 2](t1 − t 2 ) / 2 (3) 令
3
流 速 2 um ＝4V/πd （m/s） 雷 诺 数 Re＝umd/ν 沿 程 阻 力 系 数 d＝2gdhf/lum2
稳态双平板法测定非金属材料的导热系数
一、实验目的 1.巩固导热理论知识，了解建立较严格的一维稳态导热的实际方法。 2.用稳态双平板法测定非金属材料的导热系数，确立导热系数和温度之间的依变关系, 即λ=λ0(1 + bt)或λ= A +Bt。 3．学习实际问题的实验研究方法和有关测试技术。 二、实验原理 双平板法是以无限大平板的导热规律为基础的。设有一块厚度为δ，导热系数为λ = A + Bt 的无限大平板，一侧以恒定流密度 q（w/㎡）加热，平板两表面的温度分别保持恒等于
cp =
因为流动是低速的，所以可以认为流体是不可压缩的，即流体的密度 ρ 为常数，实验 是在风洞内做的，流动是均匀定常的。实验条件下的雷诺数为
p − p∞ h − h∞ 9.81( h − h∞ ) = = 1 9.81( h0 − h∞ ) h0 − h∞ 2 ρ ⋅ u∞ 2
（6）
Re =
四、实验任务 要求通过实验测定干空气在某一温度范围内的定压不热容，并做相应的误差分析。 为达到此目的，实验中要测量的主要参数如下表。 表 1 需要测量的数据表 干球温度 湿球温度 加热功率 流量 进口温度 出口温度 流量计差压
二实验原理由工程热力学所知气体定压比热容的定义为hc?ppt?1当气体在定压流动过程中对外不做功时mdqdhp此时气体的定压比热容可表示为pptqmc1??2当气体在此定压过程中由温度t1加热至t2时气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定1221ttmqcpttpm?kjkg3式中m气体的质量流量kgs
2.
测定不同工况时气流沿喷管各截面（轴线位置 x）的压力 P 的变化；绘制出一组 P—x 曲线；分析比较临界压力 Pc 的计算值和实验值；观察和记录 Pc 出现在喷管 中的位置。
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.学习本实验中涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算比热容数值的方法； 3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。 二、实验原理 由工程热力学所知，气体定压比热容的定义为
(kJ/kg℃)
（3）
式中，M——气体的质量流量，kg/s; Qp——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。当湿空气的气流由温度 t1 加热至 t2 时，其中的水蒸汽也 要吸热量，这部分吸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，才是干空气的吸热量。 三、实验设备
m/s
3Байду номын сангаас
(5)
式中，V 为水在管内的容积流量，单位：m /s。 改变管内水的流速，便可得到在不同雷诺准则 Re 下的沿程阻力系数λ值，从而将这些 实验数据按前述方法回归出一个经验公式。 三、实验设备
四、实验任务 通过实验完成下表，并整理出阻力系数与雷诺数之间的关联式。 实 验 次 数 1 2 3 4 5 6 U 形管差压计读数 △h （m） 沿 程 损 失 hf＝△h(S-1) （mH2O） 流量积算器读数 （l/s） 流量 V (m /s)
绕圆柱体压力分布
一、实验目的 1.学习测量被绕流物体表面压力分布的方法。 2.通过实验了解实际流体绕圆柱流动时，其表面的压力分布情况。 3.讨论实测压力分布与理论压力分布的比较， 了解实际流体绕物体流动时， 物体所受形状阻 力的来源。 二、实验原理 理想流体平行绕流圆柱作无环量流动时，圆柱体表面的速度分布规律是
M =
f 2u2 = f2 v2
2 k +1 ⎡ ⎤ k ⎛ p2 ⎞ k ⎥ 2k p1 ⎢⎛ p 2 ⎞ ⎜ ⎟ ⋅ −⎜ ⎜p ⎟ ⎟ k − 1 v1 ⎢⎜ p1 ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ 1⎠ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦
式中：k—气体的绝热指数； 2 f2—喷管出口截面积，m ; v2—气体比热，m3/kg ; p —压力，Pa。 下标符号：1 指喷管入口，2 指喷管出口。 若降低背压，使渐缩喷管的出口压力 p2 或缩放喷管的喉部压力降至临界压力 pc 时，喷管中 的流量达到最大值。即临界压力 pc 的大小为：
cp =
p − p∞ = 1 − 4 sin 2 θ 1 2 ρ ⋅ u∞ 2
（3）
实际流体具有粘性，达到某一雷诺数后，在圆柱体后面便产生涡流，形成尾流区，从而 破坏了前后压力分布的对称，形成压差阻力。实际的压力分布可按（3）由实测得到，其中 动压
1 2 ρ ⋅ u∞ = p0 − p∞ = 9.81( h0 − h∞ ) 2
（3）
pA p = ( A )k pB pC
将上式两边取对数，可得
k=
ln( p A / p B ) ln( p A / p C )
（4）
因此，只要测出 A、B、C 三状态下的压力 pA、pB、pC ，且将其代入（4）式，即可求得空气 的绝热指数 k 。 三、实验设备 本实验的实验设备如图 2 所示。
h f = f ( Re , K s / d ) ⋅
令
2 l um × d 2g
（1）
λ = f ( Re , K s / d )
2 l um hf = λ × d 2g
则
(2)
式中，λ称为沿程阻力系数。沿程阻力系数λ是雷诺准则 Re 和管壁粗糙度 Ks/ d 的函数， 可用实验的方法来确定。 实验时，只需测出通过管内流体的平均流速 um 和这一段实验管的沿程损失 hf，就可由 （2）式计算出λ，即
λ = 2 gd
hf
2 lu m
(3)
沿程损失 hf 是采用 U 形管差压计测量的。如果用水做实验介质时，差压计中装的是比 重为 S﹥1 的某种封液,沿程损失 hf 则为
h f = Δh(s − 1) mH 2 O
式中，△h 为差压计读数，单位：m 水在管内的平均流速 um 可按下式计算：
（4）
u m = 4V / πd 2
三．实验设备
1－吸气口；2－进气管；3－流量计；4－U 型管差压计；5－喷管；6－三轮支架； 7－背压真空；8－真空表；9－手轮螺杆机构；10－背压调节阀；11 真空罐；12－软管
四．实验任务 1. 测定不同工况（初压 P1 不变，改变背压 Pb）时气流在喷管中的流量 M；绘制 M— Pb 曲线；比较最大流量 Mmax 的计算值和实测值；确定临界压力 Pc。