热工综合试验

热工综合实验

一、实验目的

1.熟悉工程上常见的热工测试仪器及仪表，如速度、流量、温度等测量仪；掌握这些热工测试仪器

及仪表的工作原理与使用方法；

2.认识风机，了解其结构，掌握其工作原理；

3.了解压力、流量、温度测定在硅酸盐工业生产控制中的重要作用；

4.通过实验巩固流体力学与传热学的理论基础，学会用理论基础知识分析在工程测量中的实际应用。

二、实验内容

1.气流压力的测量

1）了解U型管、斜管微压计、数字微压计、压力传感器的工作原理；

2）用U型管测量管道内的静压；

3）用斜管微压计测量管道内的静压和动压；

4）用数字微压计、压力变送器测量管道内压力。

2.流速流量测量

1）了解标准皮托管、文丘里管、热球式风速仪的工作原理；

2）用标准皮托管、U型管、斜管微压计、热球式风速仪测量管道内的流速和流量；

5）在不同形状的管道中测量管道内的流速和流量。

3.温度测量

1）分别用水银温度计和热电偶测量气体的温度，并做比较；

2）用热电偶测量气体的温度。

4. 管道内压力分布的测定

1）测量管道中不同位置处的压力，绘出管道内压力分布图；

2）分析管道内气体压力分布；

3）求解阀门的局部阻力系数、管道的沿程阻力系数及气体对弯管的冲力。

5．强迫对流换热系数的测定

了解对流换热系数测定的测试系统及测试方法，了解局部换热系数的变化规律，学会实验测定流体流过加热管道时的对流换热系数，确定努谢尔与雷诺数、普朗特数之间关系。

三、实验装置

实验装置示意图如图1。本实验主要设备有风机和管道，所需主要仪器有皮托管、压力计、测速仪、温度计、热电偶、转速表、卷尺等。

图1 实验装置示意图

四、实验基本知识

(一) 气体压力测量的基本原理

实验室常采用液柱式压力计测量被测点的相对压强，其测量原理以流体静力学基本方程式为依据。常用的液柱式压力计有U 型管压力计和倾斜式微压计。

U 形管测压计的结构是一个装在刻度板上两端开口的U 形玻璃管。测量时，管的一端与被测容器相接，另一端与大气相通，一般在工程中，当被测压力较大（但＜202650Pa ）时，多采用U 型管压力计，如图2(a )所示。被测压力为：

γ∆h p p p 21=-= (1)

当被测压力较小(＜100P a ）时，常采用倾斜微压计。倾斜微压计是由一个大截面的杯子接一个可调节倾斜角度的细玻璃管构成，其中盛有密度为ρ的液体，如图2(b )所示。

图2测压计显示原理

(a ) U 形管压力计； (b ) 倾斜式微压计

(二) 气体流速与流量测量的基本原理

流速与流量测定的仪器有很多。一般的在低速流场中，根据伯努利方程式，只要测出了某点的流体全压p 0 和静压p ，即可求出该点的流速。

如3为气体测速管工作原理图，a 点是测量全压的管口，它正对来流，流动在此处静止，形成驻点，速度为零；b 点为静压管口。沿ab 流线列气体元流伯努利方程，则得到：

2u p p 2u p u p 2b b a 2b b 2a a ρρρ+=+→+=+02

(4) 动压： b a 2b d p p u p -==2ρ (5)

γρρρh

)'(g )

p p (u b a b -=-=22 (6)

式中 ρ——被测流体的密度，kg/m 3；

ρ'——差压计内流体的密度，kg/m 3。

(三) 温度测量的基本原理

常用的测温仪器有接触式仪表(如玻璃液体温度计、压力表

式温度计、双金属温度计、热电阻温度计和热电偶高温计等)和

非接触式仪表(如辐射式温度计等)本实验采用的主要是液体玻

璃温度计和热电偶温度计。

液体玻璃温度计是基于液体容积随温度升高而膨胀的原理

制成的。最常见的为水银玻璃温度计，其测量范围在-30℃一

300℃。这种温度计的优点是直观、测量准确、结构简单、造价

低廉，使用简便，故广泛应用于工业和实验室的各个领域，但

有易碎，热惰性大，不能远传和自动记录，只能在测点处就地

读数等缺点。

b 图4 液体玻璃温度计 1—温包 2—毛细管

热电偶温度计也是目前应用最广泛的一种测温仪表。它主要由热电偶和指示温度的二次仪表组成。如图5为普通插入式热电偶，其结构主要有三部分：热电偶、保护套管和绝缘子。其中热电偶是温度的传感器，是这种温度计的核心。这种热电偶的测量端（即热端）插入被测对象的内部，常用以测量

500℃以上的高温。热电偶温度计结构简单，制造方便，稳定性好。但热电偶元件易受化学侵蚀，热电偶冷段温度对测量有很大影响，必须加以校正。（参见《工程测试仪表》教材）

(四) 管道内的压力分布

为反映气流沿程的能量变化，更好的解决管道系统的设计和运行管理问题，同时也为管道系统分析奠定基础，很有必要分析气体在管道内流动时，管道内压力和流速的变化规律。

根据流体力学的原理，管道内任何一点的全压等于该点的静压与动压之和：

s d q p p p += (16)

若测出某点的动压和静压就可以求出该点的全压。将管道中所有点的动压值和静压值连起来，就可以得到静压线和全压线，如图所示。

图6 管道内的压力分布

五、实验步骤

1．熟悉设备、流程及各种仪表的操作与使用；

2．确定不同位置的管道直径及管道长度；

图5 插入式热电偶

1—热电极 2—-绝缘套管 3—保护管 4—接线盒