【建筑工程管理】工程热力学实验指导书
工程热力学实验指导书(修改稿)
辽宁工业大学土木建筑工程学院实验指导书建筑环境与设备工程专业气体定压比热测定实验指导书（注意本指导书中设计性实验相关提示）气体定压比热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）、流量等基本测量。
本实验所测定的其他为空气。
计算中用到比热及混合其他（湿空气）等方面的基本知识，本实验的目的是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。
为培养学生实际动手能力和创造力本实验为设计性实验，请参阅设计项实验提示。
一、 实验要求1、 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
2、 熟悉本实验中的温度、压力、热量、流量的测量方法。
3、 根据实验装置的基本原理和设计性实验方案提示，设计出测定空气定压比热的实验流程，4、 通过改变本设计性实验的测量参数，如改变气体流量大小、电加热功率的大小对实验结果有何影响，并根据已学过的知识解释其原因5、 掌握由测量数据计算出比热值和比热公式的方法。
6、 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、 实验原理气体的定压比热定义为：P P Th C )(∂∂=…………………………………⑴在没有对外界作功的气体等压流动过程中，则气体的定压比热可以表示为：P P TQm C )(1∂∂=………………………………⑵当气体在此等压过程中由温度1t 加热至温度2t 时，气体在此温度范围内的平均比热值可以由下式确定：℃·/)(1221kg KJ t t m Q C p t t Pm-=…………………………⑶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 ）由于实验测定的气体为空气，即测定干空气的定压比热。
空气是含有水蒸气的湿空气。
干空气的吸热量等于湿空气的吸热量减去水蒸汽的吸热量。
当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时，其中水蒸汽的吸热量可用下式计算：[]SKJ t t t t m dtt m Q w t t w m /)(000243.0)(844.1)0004886.0844.1(21221221-+-=+=⎰ ……………⑷式中：w m ——气流中的水蒸汽质量（kg/S ） 则干空气的平均定压比热由下式确定：℃·/)()(12'1221kg KJ t t m Q Q t t m Q C m p p t t Pm--=-=………………⑸式中：'p Q ——湿空气气流的吸热量（KJ/S ）三、 实验装置整个实验装置如图1所示，由风机、流量计、比热仪本体、电流表、电压表、调压器及稳压电源等组成。
工程热力学实验指导书
热能与动力工程专业工程热力学实验指导书编写教师：商福民能源动力学院热工实验室实验一 空气定压比热的测定一、实验目的比热是理想气体十分重要的热力性质。
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。
本实验将通过流通量热法使学生掌握测定空气平均定压质量比热的基本方法，以加深对比热理论的理解，增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理让空气连续而稳定地（即所谓稳定流动）流经一个特制的加热器，在加热器中空气被加热，温度升高，比容变大，流速加快，而压力只有一小部分消耗在摩阻上，当流动阻力相对工质压力而言很小时，若加热器入口压力恒定，则我们就可以近似地认为空气是定压流动。
当空气流速和温度都达到稳定后，若加热器对外热损失很小而忽略不计，则加热器内热源的放热全部被空气吸收（注意：必须是当达到稳定流动时才如此，因为温度等不稳定，说明有一部分热量储存在加热器本体内）。
此热平衡关系可用下式表示：)(1221t t mc Q tt p -=式中：t 1、t 2 —加热器入、出口空气温度，℃；m —空气的质量流量，kg/s ；21tt p c —空气在t 1、t 2范围内的平均定压质量比热，J/(kg·K)；Q —加热器内热源单位时间内的放热，W 。
如上所述21tt p c 待求，而Q 、t 1、t 2、m 大小均可在实验中测出，方法如下：1．t 1、t 2大小由温度计直接读得。
2．111RT V p m =，式中T 1、p 1为加热器入口空气温度T 1=t 1+273.15和绝对压力p 1=p g +p b （Pa ），p g 和p b 大小由U 型管压力计和大气压力计读得（注意单位的统一）。
空气的容积流量V （m 3/s ）大小由流量计上直接读取（m 3/h ）（注意单位的换算）。
3．本实验用的是电加热器，电热源是一只电热丝，因而其放热量Q＝IU（W）。
工程热力学实验指导书
工程热力学实验指导书目录实验课注意事项 (3)有关从事实验的基础知识 (4)实验—二氧化碳p—v—T关系测定实验 (7)实验二可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验 (13)实验三喷管实验 (16)实验四气体定压比热测定实验 (16)实验注意事项1、实践的观点是辩证唯物的认识之第一的基本的观点。
所以对待实验课必须严肃认真。
课前先做预习，明确目的要求。
课内亲自动手，留心观察现象，准确测取数据，及时分析问题，实验结束后，根据材料，进行科学的分析及综合，做出有材料，有观点，有分析，有讨论的精简扼要的实验报告。
2、爱护国家财产，珍惜实验设备，动手操作前先弄清仪器设备的使用方法，不要不懂装懂，乱行启动，以致损坏设备，造成损失，影响教学，非本次实验用的仪器设备，一律不准使用。
3、认真执行的原则，在保证实验质量的前题下，努力降低水电等物质的消耗额。
4、遵守下列安全规定，做好安全工作。
(1)进入实验室后，要严肃认真，不得追逐嬉笑。
(2)不要赤足或穿拖鞋进入实验室，以防触电。
有关从事实验的基础知识一、从事科学实验的基本态度实验人员首先要具有一种最基本的态度即实事求是的态度。
我们这里所说的“实事求是”就是要把实验中所观测到的现象、数据、规律忠实地记录下来，把它们当作第一手的材料来对待，科学推理以实验观测为依据，科学理论要用实验观测来检验，因此记录下来的应该是实际观测到的情况，而不能在任何理由下加以编造，修改或歪曲。
例如某个参数根据理论计算其值应该是100，而在实验中测到只是20的值记录下来，然后再去找原因，而不能用任何其他数字来搪塞。
实验中直接观测到的现象和数字，当然也可能不够准确，也可能有错误，但是某次实验数据不可靠也只能用反复多次的实验来核对，不能够“与书本已有的陈述不符”或“与依据某种理论的计算结果不符”就来修改记录或取消某次记录，对待实验观察必须严肃认真，决不能随便记录某个数字。
二、有关从事实验的基础知识(一)、实验课和重要性实验课在帮助同学们学好本课程的主要内容方面，在培养同学运用理论和实践相结合的方面及独立地从事科学实验的能力方面有极为重要的意义。
工程热力学实验指导书(三个实验)
工程热力学课程实验指导书兰州理工大学2006年6月实验1空气定压比热测定实验指导书一、实验目的1.掌握气体比定压热容的测量原理及其操作方法；2.掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法；3.掌握由基本数据计算比热值的方法；4.分析实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置如图1.1所示，本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。
实验时，被测空气由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。
比热仪主体构造如图1.2所示，由多层杜瓦瓶、电热器、均流阀、绝缘垫、旋流片、混流网、出口温度计等组成。
气体的流量由节流阀调节，比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。
比热仪可测200℃以下气体的定压比热。
图1.1 比热仪全套装置图1.2 比热仪主体三、实验原理根据气体平均定压比热定义，当气体在定压加热过程中温度由t1升到t2时，其平均定压比热可以由下式确定：21,21|()ptp m tmQcq t t=-J／(kg.℃)式中：Q p－湿空气在定压加热过程中的吸热量J／sq m－湿空气的质量流量kg／s湿空气是干空气和水蒸气的混合物，当湿空气中水蒸气含量较少，分压力较低时，水蒸气可以当作理想气体处理。
显然，当已知湿空气中水蒸气的吸热量Q v时，干空气的定压比热可由下式确定：21,,21|()p v t pm a t m a Q Q c q t t -=- J ／(kg.℃)式中： Q p －湿空气在定压加热过程中的吸热量 J ／s Q v －水蒸气的吸热量 J ／s q m ，a －干空气的质量流量 kg ／s由1t 加热到2t 的平均定压比热则可表示为：()212112,212t t t p m t a bt dt t t ca bt t ++==+-⎰ 若以（t 1+t 2）/2为横坐标，21,t p mt c 为纵坐标，如图3所示，则可根据不同温度范围的平均比热确定截距a 和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式。
工程热力学——实验指导书样本
《工程热力学》课程实验指导书实验一空气绝热指数测定一、实验目的1、测定空气的绝热指数K和空气的比热C P和G2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象二、实验装置及原理空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，经过U 型压力计测出容器内压力P i,压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。
在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。
此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3三、实验方法与步骤1、测试前的准备1) 将阀门5 的锥形塞拔出, 抹上一些真空油, 以改进阀门的密封性能。
抹油后安装就位并拧紧。
2) 在阀门5开放的情况下( 即容器与大气相通) , 用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120〜150mn左右的水柱高。
水柱内应不含气泡。
如有气泡,应设法排除。
3) 调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。
2、测试步骤1) 记录U 型空压计初始读数h0。
2) 关闭阀门5, 把容器拧紧。
3) 用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。
此时的压差150〜200mn水柱为宜。
待压力稳定后,记录下此时的压差值厶h。
4) 突然打开阀门5并迅速关闭。
空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。
记录此时的压差值△ h2.5) 持续1〜2小时后, 待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时, 记下此时容器内空气压力的压力差△ h a6) 一般要求重复三次测试, 取其测试结果的平均值。
四、实验注意事项1 、气囊往往要漏气, 充气后必须用夹子将胶皮管夹紧。
2、在测试过程, 测试现场的温度要求保持基本恒定。
不然, 很难测出可靠的数据。
工程热力学实验指导书
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…………………………………………………………二、二氧化碳临界状态观测及关系测定实验………………………………实验一气体定压比热测量实验一、实验目的和要求、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。
、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。
、掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。
、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，如图所示，比热仪主体如图所示。
经比热仪主体的出口温度（）；每流过10L空气所需的时间（τ）；电热器的输入功率（）；以及实验时相应的大气压（）和流量计出口处的表压（Δ）。
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（）。
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℃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（，）；气体经比热仪主体的出口温度（）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；电热器的输入功率（）；以及实验时相应的大气压（）和流量计出口处的表压（Δ）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（）。
四、实验步骤和数据处理、接通电源及测量仪表，将型管（测量压力）安装好，将出口温度计插入混流网的凹槽中。
、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。
、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：为电热器输入电功率（）；Δ为进出口温度差（℃）——可假设从℃加热到℃，取个间隔，预估出Δ]；τ为每流过10L 空气所需的时间（）]，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
《工程热力学》课程实验指导书实验一空气绝热指数测定一、实验目的1、测定空气的绝热指数K和空气的比热C p和C V2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象二、实验装置及原理空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，通过U型压力计测出容器内压力P1，压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。
在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。
此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3。
三、实验方法与步骤1、测试前的准备1）将阀门5的锥形塞拔出，抹上一些真空油，以改善阀门的密封性能。
抹油后安装就位并拧紧。
2）在阀门5开放的情况下（即容器与大气相通），用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120～150mm左右的水柱高。
水柱内应不含气泡。
如有气泡，应设法排除。
3)调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。
2、测试步骤1）记录U型空压计初始读数h0。
2）关闭阀门5，把容器拧紧。
3）用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。
此时的压差150～200mm水柱为宜。
待压力稳定后，记录下此时的压差值△h。
4）突然打开阀门5并迅速关闭。
空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。
记录此时的压差值△h2.5）持续1～2小时后，待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时，记下此时容器内空气压力的压力差△h36）一般要求重复三次测试，取其测试结果的平均值。
四、实验注意事项1、气囊往往要漏气，充气后必须用夹子将胶皮管夹紧。
2、在测试过程，测试现场的温度要求保持基本恒定。
不然，很难测出可靠的数据。
五、实验报告及要求1、按照原始数据求出k值。
2、分析影响测试结果的因素。
第二篇 工程热力学实验指导书
第二篇工程热力学实验指导书实验一二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
2、加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3、掌握CO2的p-υ-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4、学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。
二、实验内容1、测定CO2的p-υ-t关系。
在p-υ坐标图中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线（见图三）及理论计算值相比较，分析差异原因。
2、测定CO2在低于临界温度时（t=20℃，25℃）饱和温度与饱和压力之间的对应关系并与图四中绘出的t s=p s曲线比较。
3、观测临界状态（1）临界状态附近汽液两相模糊的现象。
（2）汽液整体相变现象（3）测定CO2的t c、p c、υc等临界参数，并将实验所得的υc值与理想气体状态方程和范德瓦尔斯方程的理论值相比较，简述其差异原因。
三、仪器设备1、实验所用设备及仪表有实验台本体及其防护罩，恒温器，压力台等三大部分组成。
如图3-1所示。
2、实验台本体如图3-2所示.图3-1 CO 2实验台系统图 1-实验台本体；2-活塞式压力计； 3-恒温器图3-2 实验台本体示意图1-高压容器；2-玻璃杯；3-压力油；4-水银；5-密封填料；6-填料压盖7-恒温水套；8-承压玻璃管；9-二氧化碳空间； 10-温度计四、所需耗材液压油。
五、实验原理、方法和手段1.当简单可压缩热力系统处于平衡状态时，状态参数压力p 、温度t 和比体积v 之间存在一定的函数关系，有：(,,)F p v t p = （3-1）或者 (,)t f p v = （3-2）当温度维持不变时，测定与不同压力所对应的比体积数值，从而可获得等温线的数据。
1873年范德瓦尔对理想气体状态方程作了相应修正，提出下列实际气体状态方程：RT b v v aP =-+))((2 （3-3） 或者 =p b v T R --2va（3-4）式中，a 与b 是各种气体所特有的，数值为正的常数，称为范德瓦尔常数。
《工程热力学》实验指导书
喷管压力流量变化规律实验一、实验目的1、巩固和验证气流在喷管中流动的基本原理，熟悉不同形式喷管的机理。
2、了解气流在喷管中流速、压力、流量的变化规律及测试方法。
3、加深对临界状态基本概念的理解。
二、实验原理1、喷管中气体流动的基本规律在亚音速等熵流动中，气体在渐缩管里，速度增加，而压力、密度降低；在渐扩管里，速度减小而压力、密度增大。
在超音速等熵流动中，情况正好与亚音速流动的特点相反，气体在渐缩管中速度减小而压力、密度增大，在渐扩管中速度增加，压力、密度减小。
因此要想获得超音速气流，就必要使亚音速气流首先在渐缩管中加速，当气流被加速到音速，即达到临界状态时，就要改用渐扩管，以使气流继续加速到超音速。
2、喷管中流量的计算根据气体一元稳定等熵流动的连续方程、能量方程、绝热气体状态方程、等熵过程方程，得到气流在喷管中流量m 的表达式为：由式（1）可以看出：当P 2=P 0时，m=0；因此，只有在0＜P 2≤P c ，渐缩喷管的出口压力或缩放喷管的喉部压力达到临界压力时，喷管中的流量m 将存在最大值m max ，计算如下：很显然，满足式（2）的P 2即为临界值P c 。
对应于该截面上的气流速度W 2将达到音速a 。
将k=1.4代入（2）式得：P 2=P c =0.528P 0 （3） 将式（2）代入（1）式得m max 的表达式为：）（1/12102202002222s kg p p p p v p k k f v w f m k k k ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-==+）（，得令21201022-⎪⎭⎫⎝⎛+==k kk p p dp dm喷管中的实际流量前面（1）（4）式给出理想流动的流量表达式，实际上，由于气流与管壁的摩擦所产生的边界层，减少了流动截面积。
因此，实际流量是小于理论流量的。
二者之比称为流量系数。
本实验台是采用锥形入口孔板流量计来测量喷管的实际流量。
根据孔板流量计上所测量的压差△P （在U 形管压差计上读出），求得流量m 与压差△P 的关系表达式：）（510373.14εβγ⨯∆⨯=-P m 式中：γ几何修正系数（标定值，本实验条件下可取为1）△P 为U 形压差计读数（mmH 2O ），Pa 为大气压，ta 为大气温度。
《工程热力学》试验指导书
《工程热力学》实验指导书赵文彬实验一 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 q +=δ 和 vdp dh q -=δ 定压时0=dppp T h dT vdp dh dT q c ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=δ 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 Q mdh δ1=则气体的定压比热容可以表示为：()1221t t m Q c p t t pm-=kJ/kg •℃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：+++=2et bt a c p式中a 、b 、e 等是与气体性质有关的常数。
在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，假定在0-300℃之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系：bt a c p +=则温度由1t 至2t 的过程中所需要的热量可表示为：()dt bt a q t t ⎰+=21由1t 加热到2t 的平均定压比热容则可表示为：()221122121t t ba t t dtbt a ct t t t pm ++=-+=⎰ 若以（t 1+t 2）/2为横坐标，21t t pmc 为纵坐标（如下图所示），则可根据不同温度范围的平均比热确定截距a 和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式bt a +。
大气是含有水蒸气的湿空气。
当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时，其中水蒸气的吸热量可用式下式计算：()dt t m Q t t w w ⎰+=210001172.0844.1式中：w m ——气流中水蒸气质量，kg/s 。
《工程热力学》实验2-饱和蒸汽
《工程热力学》饱和蒸汽温度与压力的关系曲线测量实验实验指导书饱和蒸汽温度与压力的关系曲线测量实验实验指导书一、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，掌握饱和蒸汽压力与温度的关系（p-t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、学会用Microsoft Excel绘制并拟合各种与p-t关系有关的曲线，总结p-t关系经验公式。
5、直接观察小容积和金属表面很光滑条件下的泡态沸腾现象。
二、实验设备使用图1所示的“可视性饱和蒸汽压力和温度关系仪”。
1.电接点式压力表（-0.1～0～1.5MPa）2.排气阀门（注水口）3. 水银温度计（0～300℃）4. 缓冲器5. 测温管（铜管）6. 蒸汽发生器7. 蒸馏水8. 可视玻璃9. 保温棉10. 电流表11. 接触式电压调压器图1 可视性饱和蒸汽压力和温度关系仪三、实验方法与步骤1、实验装置及仪表的工作原理和使用方法（1）电接点式压力表的使用方法本关系仪采用的是电接点式压力表，表面中心设有调节旋纽（黑胶木），用两指旋动旋纽外缘可以拨动红色指针，此针用于限定蒸汽发生器内压力上限，一般在使用时先拨至压力计表面的1MPa刻度处。
用一字形螺丝刀旋转中心的旋钮拨动绿色指针，此指针用于设定某一压力值，当蒸汽发生器内压力（黑色指针指示）升至该设定的压力值时，两针相撞后进入保温状态，如此多次将绿色指针分别设置各点压力值，使加热后蒸汽发生器内压力（黑色指针）到达设定指针压力位置，再观察此时的压力读数所对应温度计读数值。
由于实验时温度和压力较高，当黑色指针或绿色指针与红色指针相撞时，仪器随即自动断开加热电源（处于保温状态），保证安全。
（2）温度计的使用方法实验所用温度计采用0～300 ℃的水银温度计，使用时，将温度计插入压力表前面的铜管中即可。
工程热力学实验指导书[1]上交稿
![工程热力学实验指导书[1]上交稿](https://img.taocdn.com/s3/m/cc7c08a889eb172ded63b7c3.png)
“热工学基础”实验指导书天津大学机械工程学院编著二零一零年十二月前言热工学基础实验包括：“工程热力学”和“传热学”两部分实验内容，共有9个基础实验。
实验教学的目的是验证巩固和补充课堂讲授的理论知识，通过实验使学生初步掌握热能有效利用以及热能和其他能量转换规律的基本知识，以及热量传递的基本规律。
使学生能正确运用热力学的基本原理进行热工和热力循环的分析；培养学生运用所学的理论解决实际问题的能力以及对实验结果进行综合分析并撰写实验报告的能力，通过实验使学生能辨识热工设备、学会热工仪器仪表的使用方法。
《热工学基础实验指导书》是根据高等教育自学测试课程“热工学基础”实践教学大纲的教学计划编写的。
在编写过程中参考了《热工实验基础》（1986年高等教育出版社）、《工程热力学实验指导书》、《传热学实验指导书》(1996年工程热物理教研室、热工实验室编著)及教材《热工基础和使用》（机械工业出版社2009年第二版），并结合热工实验室的实际设备，吸收了多年来实验室设备的改进和科研工作的成果而编著的。
根据学生在实验过程中的表现及实验报告的质量对学生进行考核。
考核内容包括实验前预习、实验过程、实验方法和步骤以及实验结果的数据处理、分析等内容，进行综合考核。
本指导书由郑宗和、刘靖主持编整。
目录实验1 热电偶温度计的刻度和校验 (4)实验2 压力表校验 (8)附录1 压力表的常见故障机器发生原因和排除方法 (11)实验3 二氧化碳气体P-V-T关系的测定 (12)实验4 喷管中气体流动基本特性试验 (16).实验5 压气机性能试验 (23).实验6 蒸汽压缩制冷（热泵）装置性能实验 (27)..实验7 用球体法测量导热系数实验 (31)实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验 (34)附录2 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验的简要说明 (39)实验9 套管式换热器性能测试试验 (40)实验1 热电偶温度计的刻度和校验温度是热力学中一个基本状态参数，在各种热工实验中都离不开温度。
工程热力学实验指导书：实验三 空气在喷管内流动性能测定实验
实验三 空气在喷管内流动性能测定实验一、实验目的（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律，加深临界状态参数、背压、出口压力等基本概念的理解。
（2）测定不同工况（b p >cr p ,cr b p p =,cr b p p <）下，气流在喷管内流量m的变化，绘制s b p p m- 曲线；分析比较max m 的计算值和实测值；确定临界压力cr p 。
（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置X ）的压力变化情况，绘制1p p X x-关系曲线，分析比较临界压力的计算值和实测值。
二、实验类型综合性实验 三、实验仪器本实验装置由实验本体、真空泵及测试仪表等组成。
其中实验本体由进气管段，喷管实验段（渐缩喷管与渐缩渐扩喷管各一），真空罐及支架等组成，实验装置系统图见图3.1，采用真空泵作为气源设备，装在喷管的排气侧。
喷管入口的气体状态用测压计6和温度计7测量。
气体流量用风道上的孔板流量计2测量。
喷管排气管道中的压力p 2用真空表11测量。
转动探针移动机构4的手轮，可以移动探针测压孔的位置，测量的压力值由真空表12读取。
实验中要求喷管的入口压力保持不变。
风道上安装的调节阀门3，可根据流量增大或减小时孔板压差的变化适当开大或关小调节阀。
应仔细调节，使实验段1前的管道中的压力维持在实验选定的数值。
喷管排气管道中的压力p 2由调节阀门3控制，真空罐13起稳定排气管压力的作用。
当真空泵运转时，空气由实验本体的吸气口进入并依次通过进气管段，孔板流量计，喷管实验段然后排到室外。
喷管各截面上的压力采用探针测量，如图3.2所示，探针可以沿喷管的轴线移动，具体的压力测量是这样的：用一根直径为1.2mm 的不锈钢制的探针贯通喷管，起右端与真空表相通，左端为自由端（其端部开口用密封胶封死），在接近左端端部处有一个0.5mm 的引压孔。
显然真空表上显示的数值应该是引压孔所在截面的压力，若移动探针（实际上是移动引压孔）则可确定喷管内各截面的压力。
工程热力学与传热学实验指导书
实验一二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系测定实验指导书一、实验目的1．了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
2．增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3．掌握CO2的p-v-T关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4．学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。
二．实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度T之间存在某种确定关系，即状态方程: ()0=FT,v,ppv=理想气体的状态方程具有最简单的形式：RT实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映p、v、T之间关系的实际气体的状态方程。
因此，具体测定某种气体的p、v、T关系，并将实测结果表示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。
在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，故具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度T不变的条件下进行的。
三、实验内容1．测定CO2的p-v-t关系。
在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=35℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。
2．观测临界状态（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。
（2）气液整体相变现象。
（3）测定CO2的p c、v c、t c等临界参数，并将实验所得的v c值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。
四、实验设备整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。
试验台本体如图二所示。
其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压汞容器；9—CO2空间；10—温度计。
(教材)工程热力学实验指导书
内容简介本书主要是工程热力学实验，分2章。
第一章介绍具体的工程热力学实验，对每个实验，着重于阐明其实验原理、实验装置、实验操作方法和实验数据处理等内容。
每一实验均附有思考问题，以帮助读者进一步分析实验中的问题。
第二章是测量误差与数据处理，介绍了误差分析及数据处理方面的知识和方法。
本书可供高等院校动力类相关专业的本科生或研究生使用，亦可供有关教师、实验技术人员在编写工程热力学实验指导书、安排热力学实验时参考。
工程热力学实验教程是依据《工程热力学》本科生课程的教学大纲编写的。
它可供开设实验课、编写实验指导书的教师参考，亦可作为高等院校本科生、研究生的实验参考用书，也可供有关工程技术人员参考。
本实验教程以工程热力学实验为主，并据此编写了测量误差与数据处理。
书中每一项实验的内容着重于阐明她的基本原理、实验装置结构系统、基本测试方法、数据整理以及某些技术问题等。
每项实验都附有思考问题，以期使读者能进一步分析实验中的一些问题。
本书由朱强编写。
在本书编写过程中，得到了汪健生教授许多有意义的指导，在此表示衷心的感谢。
此外，感谢为本书提供各种资料和帮助的其他专家教授们以及参与修改和校对工作的人员。
在编写过程中，参考了国内外一些教材和文献的内容，在此一并致谢！由于受时间和作者水平的限制，书中难免疏漏和错误，可能还存在许多不尽如人意的地方，恳请读者们批评指正！以后将更加努力的学习和工作，以使本书的修订趋于完善。
第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽p-T关系曲线测量实验 (1)1.2CO2临界现象观测及p-v-t关系测定实验 (6)1.3绝热节流效应的测定实验 (15)1.4 喷管中气体流动实验 (22)1.5 压气机性能实验 (31)第二章测量误差与数据处理2.1 误差 (40)2.2 测量不确定度 (44)2.3 实验数据处理方法 (45)第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽p-T关系曲线测量实验一、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。
工程热力学试验指导书
《传热学》实验指导书南京航空航天大学能源与动力学院导热实验导热分为稳定导热和不稳定导热，测定导热系数的方法可分为稳定法及非稳态法。
两种方法相比，稳定法测定导热系数的方法。
精度较高，实验条件苛刻，而非稳态法测试速度快，但精度低，我们可以根据材料的性质，形状和要求采用不同的方法。
下面，我们介绍用稳态法测定颗粒状及纤维状材料导热系数（球体法）和在导热和导电现象类似的数学模型上用电场模拟温度场的电热模拟法来测量二维墙角温度场分布。
球体法测定颗粒状及纤维状物质导热系数实验一、实验原理球体法是圆球壁的稳定导热。
它是利用两个（空心的）同心球组成，如图1所示，在同心壁之间填充有被测定的颗粒状物质或纤维状物质，内球的内部安装电加热器，通电后内球温度升高，并通过被测试物把热量传至外球且散失于大气中。
经四小时以上的加温，当所加入的热量与散失于大气中的热量相等时，即处于稳定状态，则通过两球夹层的热流量（由付立叶定律知）：F drdtQ ⋅-=λ （对于球体，其表面面积为F=4πr 2,r 为球半径） 则：24r drdtQ πλ⋅-= ∴C rQ t +⋅=14πλ 设内球外半径为r 1(m )，外球内半径为为r 2(m)；内球外壁表面温度为t 1外球内壁面温度t 2,则有：当t=t 1时，t 1=Q/（4πλr 1）+C （1） 当t=t 2时，t 2=Q/（4πλr 2）+C （2） (1)—（2）得：2112214r r r r Q t t -⋅=-πλ （3）夹层厚度 )(2112d d -=δ故（3）式变为：21214d d Q t t δπλ⋅=-∴)(2121t t d d Q-=πδλ （w/m ·k ）上式中，Q 为通过夹层的热量，λ是夹层物质之导热系数（w/m ·k ）。
热流量Q 可通过加热器的电流及电压乘积I ·U 或功率表得到，t 1,t 2可由内壁及外壁设的热电偶测出。
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《工程热力学》实验指导书喷管特性实验一、实验目的1、验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，树立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念；2、比较熟练地掌握用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法；3、明确在渐缩喷管中，其出口处的压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量。
二、实验装置喷管实验台1.进气管2.空气吸气口3.孔板流量计4.U形管压差计5.喷管6.支架7.测压探压针8.可移动真空表9.手轮螺杆机构10.背压真空表11.背压用调节阀12.真空罐13.软管接头渐缩喷管三、实验原理1、喷管中气流的基本规律，来流速度，喷管为渐缩喷管.2、气流动的临界概念当某一截面的流速达到当地音速（亦称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力（）。
临界压力与喷管初压（）之比称为临界压力比，有：当渐缩喷管出口处气流速度达到音速，通过喷管的气体流量便达到了最大值（），或称为临界流量。
可由下式确定：式中：—最小截面积（本实验台的最小截面积为：19.625 mm2）。
3、气体在喷管中的流动渐缩喷管因受几何条件的限制，气体流速只能等于或低于音速（）；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（）。
根据不同的背压（），渐缩喷管可分为三种工况：A—亚临界工况（），此时m<,B—临界工况（），此时m=,C—超临界工况（），此时m,四、操作步骤1、用“坐标校准器”调好“位移坐标板”的基准位置；2、打开罐前的调节阀，将真空泵的飞轮盘车一至二圈。
一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门。
而后启动真空泵；3、测量轴向压力分布：用罐前调节阀调节背压至一定值（见真空表读数），并记录；然后转动手轮，使测压探针向出口方向移动。
每移动5mm便停顿下来，记录该点的位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之外；4、流量的测量：把测压探针的引压孔移至出口截面之外，打开罐后调节阀，关闭罐前调节阀，启动真空泵，然后用罐前调节阀调节背压，每次改变50mmHg柱，稳定后记录背压值和U形管差压计的读数。
当背压升高到某一值时，U形管差压计的液柱便不再变化（即流量达到了最大值），此后尽管不断提高背压，但U形管差压计的液柱仍保持不变；5、打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气；3分钟后停真空泵并立即打开罐后调节阀，让真空泵充气（目的是防止回油），最后关闭冷却水阀门。
五、数据处理1、压力值的确定（1）真空度换算成绝对压力值（p）：式中：—大气压力（mmbar）；—用真空度表示的压力。
（2）由于喷管前装有U形管压力计，气流有压力损失。
本实验装置的压力损失为U形管差压计读数（）的97% 。
因此，喷管入口压力为：（3）临界压力，真空度为：计算时，式中各项必须用相同的压力单位。
（大致判断，约为380mmHg柱）。
2、喷管实际流量测定由于管内气流的摩擦而形成边界层，从而减少了流通面积。
因此，实际流量必然小于理论值。
其实际流量为：（kg/s）式中：—流速膨胀系数，—气态修正系数，—几何修正系数（约等于1）；Δp—U型管差压计的读数（mmHg）；—室温（℃）；—大气压力（mmbar）。
六、实验报告要求1、以测点位置（x）为横坐标，以为纵坐标，绘制不同工况下的压力分布曲线。
2、以压力比为横坐标，流量为纵坐标，绘制流量曲线。
实验三空气在喷管中流动性能测定实验一、实验目的：1、验证和加深理解喷管中气体流动的基本理论。
2、观察气流在喷管中各截面的流速，流量，压力变化规律及掌握有关测试方法。
3、熟悉不同形式喷管的机理，加深对流动的临界状态基本概念的理解。
二、实验原理：1、喷管中气体流动的基本规律气体在喷管中作一元稳定等熵流动中，压力降低，流速增加。
气流速度C，密度ρ及压力P的变化与截面A的变化及马赫数Ma（速度与音速之比）的大小有关。
它们的变化规律如下表：Ma 渐缩管Ma 渐扩管（1）在亚音速（Ma<1）等熵流动中，气体在的管道（渐缩管）里，速度C增加，而密度，压力P降低，在的管道（渐扩管）里，速度C减小，而密度ρ，压力P增大。
（2）在超音速（Ma>1）等熵流动中，气体在渐缩管中，速度C减小，而压力P，密度ρ增大，在渐扩管中，速度C增加，压力P，密度ρ降低。
（3）在Ma=1，即达到临界流动状态，此时，压力为临界压力，气流速度为音速。
2、喷管中流量的计算（1）理论流量：根据气体一元稳定等熵流动中，任何截面上质量流量都相等，且不随时间变化。
流量大小由连续方程、动量方程、能量方程及绝热气体方程，等熵过程方程，得到气体在喷管中流量的计算式：（kg/s）式中：—绝热指数C2—出口速度m/s A2—出口截面积m2V2—出口比体积（m3/kg）P2—出口压力（MPa）P1—进口压力（MPa）V1—进口比体积（m3/kg）若：P1=P2时P2=0时，即在0＜P2≤P c渐缩喷管的出口压力P2或缩放喷管的喉部压力P th降至临界压力时，喷管中的流量达最大值，计算式如下：临界压力P c为：将=1.4代入P c=0.528P1（2）、实测流量由于气流与管内壁间的摩擦产生的边界层，减少了流动截面，因为实际流量是小于理论流量，本实验台采用孔板流量计来测量喷管的流量。
孔板流量计上所示的压差△P（U型管上读出）。
质量流量q m与压差△P的关系式为：（kg/s）式中：——流量膨账系数,——气态修正系数,——几何修正系数,（标定值）△P——U型管压差计读数（mm.H2O）Pa——大气压t a——室温℃为了消除进口压力P1改变的影响，在绘制各种曲线时采用压力比做座标，绘制出压力曲线P x /P1——X和流量曲线——P b/P1由于实验台采用的是真空表测压、因此临界压力Pc在真空表上的读数P′c为由于孔板流量计的压降和空气在喷管进口的气流滞止现象，喷管进口压力为：以汞柱为单位时的孔板流量计压差三、实验装置实验装置总图如图1所示。
主要由真空泵和喷管实验台主体组成。
各部件作用及测量过程如下：图1 实验台总图图2 渐缩喷管图3 缩放喷管由于真空泵的抽吸，空气由进气2口进入吸气管1（φ57×3.5的无缝钢管）中，经过孔板流量计3（φ7）进入喷管。
流量的大小可由U形管压差计4上读出。
喷管5用有机玻璃制成。
备有渐缩喷管与缩放喷管两种型式，如图2、图3所示。
可根据实验要求，松开夹持法兰上的螺丝向左推开三轮支架6，更换所需要的喷管。
喷管各截面上的压力，可从可移动的真空表8上读出，真空表8与内径为φ0.8的测压探针7相连。
探针的顶端封死，在其中段开有径向测压小孔通过摇动手轮螺杆机构9，可使探针7沿喷管轴线左右移动，从而改变测压孔的位置，进行喷管中不同截面上压力的测量。
测压孔的位置，可以由位于可移动真空表8下方的指针，在座标板上所指出的x值来确定。
喷管的排气管上还装有背压P b真空表10。
背压由调节阀11调节。
真空罐12前的调节阀11用于急速调节。
直径为φ400的真空罐12是用于稳定背压P b的作用。
为了减少振动，泵与罐之间用软管13连接。
实验中需测量4个变量：（1）测压探针7上测压孔的水平位置x。
（2）气流沿喷管轴线x截面上的压力Px；（3）背压P b；（4）流量。
这4个变量可分别用位移指针的位置x，真空表8上的读数P5。
背压真空表10上的读数P b，及U形管压差计4上的读数△P测得。
特别需要注意的是P5和P6是真空度，计算和绘制曲线时要换算成绝对压力。
四、实验步骤1、用座标校准器调准“位移座标”的基准位置。
然后小心地装上要求实验的喷管。
（注意：不要碰坏测压探针）打开调压阀11。
2、检查真空泵的油位，打开冷却水阀门，用手轮转动飞轮1-2圈，检查一切正常后，启动真空泵。
3、全开罐后调节阀11，用罐前调节阀11′调节背压P b至一定值。
摇动手轮9使测压孔位置x自喷管进口缓慢向出移动。
每隔5mm —停，记下真空表8上的读数（真空度）。
这样将测得对应于某一背压下的一条P x/P1—X曲线。
4、再用罐前调节阀11′逐次调节背压P b，为设定的背压值。
在各个背压值下，重复上述摇动手轮9的操作过程，而得到一组在不同背压下的压力曲线P x/P1—X，（如图4，图6所示）。
q m×103[xg/s]图4 渐缩喷管压力曲线5、摇动手轮9，使测压孔的位置x位于喷管出口外30-40mm处。
此时真空表8上的读数为背压P b。
6、全开罐后调节阀11，用罐前调节阀11’调节背压P b，使它由全关状态逐渐慢开启。
随背压P b降低（真空度升高），流量q m 逐渐增大，当背压降至某一定值（渐缩喷管为P c，缩放喷管为P f）时，流量达到最大值q m,max，以后将不随P b的降低而改变。
7、用罐前调节阀11’重复上述过程，调节背压P b，每变化50mmHg一停，记下真空表10上的背压读数和U形管压力计4上的压差△P（mmH2O）读数（低真空时，流量变化大，可取20mmHg；高真空时，流量变化小，可取10mmHg间隔）将读数换算成压力比P b/P1和流量在座标纸上绘出流量曲线（如图5、图7所示）。
图6 缩放喷管压力曲线图5 渐缩喷管流量曲线（当℃）图7 孔板流量计曲线8、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐调节阀11’，关闭罐后调节阀11，使罐内充报导。
当关闭真空泵后，立即打开罐后调节阀11，使真空泵充气。
以防止真空泵回油。
最后关闭冷却水阀门。
五、数据记录与整理实验中应认真做好原始数据记录（包括：室温t s，大气压P a及实验日期）如发现实验结果出现较大误差，应仔细分析查找原因。
在整理时，由于各种实验曲线都是以压力比（P a<P1，P b<P1）作座标，因此必须将压力换算为相同单位进行计算。
建议所有数据如下两种形式的表格中。
六、思考题（实验结果部分，结合图表回答）1、渐缩喷管出口截面压力（）低于临界压力；缩放喷管出口截面压力（）低于临界压力；(a)有可能(b)不可能2、当背压低于临界压力时渐缩喷管内气体（）充分膨胀渐放喷管内气体（）充分膨胀(a)有可能(b)不可能3、当背压低于临界压力时，缩放喷管喉部压力（）充分膨胀(a)一定(b)不一定4、当背压低于临界压力时，缩放喷管喉部压力（）临界压力缩放喷管出口截面压力（）背压渐缩喷管出口截面压力（）背压当背压高于临界压力时，渐缩喷管出口截面压力（）背压(a)高于(b)低于(c)等于(d)等于或高于5、当P b/P1>0.528时，流经渐缩喷管的气体流量随背压降低而（）流经缩放喷管的气体流速随背压降低而（）当P b/P1<0.528时，流经渐缩喷管的气体流量随背压降低而（）流经渐缩喷管的气体流速随背压降低而（）6、当P b/P1等于多少时，流经渐缩喷管的流量最大？实测值和理论值有何差异？7、为什么P b/P1<0.528时流经渐缩、缩放喷管的气体流量不随背压降低而增加？渐缩喷管流量测量原始记录及数据处理编号：No1 m2缩放喷管流量测量原始记录及数据处理编号：No2 m2实验三空气在喷管中流动性能测定实验记录实验时间：班号：姓名：同组人：m2渐缩喷管流量测量原始记录及数据处理表实验三空气在喷管中流动性能测定实验记录实验时间：班号：姓名：同组人：m2缩放喷管流量测量原始记录及数据处理气体物理参数综合测定（一）二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的认识；2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解；3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧；4、学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。