热工学实验汇总
实验十 渐缩(缩放)喷管内压力分布和流量测定
一、实验目的
1．验证并加深对喷管中的气流基本规律的理解，树立临界压力，临界流速，最大流量等喷管临界参数的概念，把理性认识和感性认识结合起来。 2．对喷管中气流的实际复杂过程有概略的了解。
3．通过渐缩喷管气流特性的观测，要明确：在渐缩喷管中压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量仍不能大于最大流量。
4．根据实验条件，计算喷管（最大）流量的理论值，并与实侧值进行对比。 二、实验设备
本设备由2x 型真空泵，PG －Ⅲ型喷管（见图10-1）和计算机（控制与显示设备）构成。由于真空泵的抽吸，空气自吸气口2进入进气管1，流过孔板流量计3，流量的大小可以从U 型管压差计4读出。喷管5用有机玻璃制成，有渐缩、缩放两种型式（见图10-2、10-3），可根据实验要求，松开夹持法兰上的螺丝，向右推开进气管的三轮支架6，更换所需的喷管。喷管各截面上的压力是由插在其中，外径0.2mm 的测压探针连至可移动真空表8测得，探针的顶封死，中段开有测压小孔，摇动手轮——螺杆机构9，即可移动探针，从而改变测压小孔在喷管中的位置，实现对喷管不同截面的压力测量。在喷管的排气管上装有背压真空表10，排气管的下方为真空罐12，起稳定背压的作用，背压的高低用调节阀11调节。罐前的调节阀用作急速调节，罐后的调节阀作缓慢调节，为减少震动，真空罐与真空泵之间用软管13连接。
在实验中必须观测四个变量：（1）测压孔所在截面至喷管进口的距离x ；（2）气流在该截面上压力P ；（3）背压P b ；（4）流量m 。这些变量除可分别用位移指针的位置、移动真空表，背压真空表及 U 形管压差计的读数来显示读出外，还可分别用位移电位器、负压传感器、压差传感器把它们转换为电信号，由计算机显示并绘出实验曲线。位移电位器将在螺杆之旁，它实际上是一只滑杆变阻器。负压传感器和压差传感器分别装在真空表和U 形管压差计附近，其内部结构为一直流电桥，压力和压差改变时将改变电桥中两臂的电阻，从而获得电桥的不平衡电压输出。为了使这些传感器可靠而稳定地工作，都由直流稳压电源供电。 三、实验原理
1．喷管中气流的基本规律
气流在喷管中稳定流动后，喷管任何截面上的质量流量m 均相等，有连续性方程：
M=
2
2
21
1
1C A C A AC
υυυ
=
=
=定值，[kg/s] （10-1）
式中：A —— 截面积[m 2]
C —— 气体流速[m/ s] υ —— 气体比容[m 3/kg] 下标1—— 喷管进口
下标2——喷管出口
气体在喷管中作绝热膨胀，C 1＜C 2，工质为理想流体时，喷管的理论流量可按下式计算：
])()[(121
1
22
12112
2
2
2k
k k p p
p p p k k A C A m +-?-==
υυ
（10-2）
式中： k —— 绝热指数，对于空气k=1.4
P 1 —— 喷管进口压力（初压） [N/ m 2] P 2 —— 喷管出口压力 [N/ m 2]
喷管中气体状态参数P 、υ和流动参数C 的变化规律和流通截面积A 的变化以及喷管
前后的环境压力有密切关系，在某些条件下，气体在喷管中可能得到完全膨胀，在另一些条件下得不到完全膨胀，这样，喷管的出口截面压力P 2有时等于，有时不等于喷管出口之外的环境压力 —— 背压P b ，为了了解其中关系，微分（10-1）式并作其他运算得：
dp kp
c a c dc
d A dA 22
2－ｃ
－==υυ (10-3)
式中：a —— 当地音速[m/ s]
显然，当来流速度M<1 时，喷管为渐缩喷管（dA<0）; 当来流速度M>1时，喷管为缩放喷管(dA>0）。喷管中气流的特征是dp ＜0，dc>0，dv ＞0，其间有相互制约关系。当某一截面流速C 达到音速a （又称临界速度）时，该截面上的压力称为临界压力P ，临界压力与喷管初压之比P c /P 1称为临界压力比，经计算：
1P P c =
1
1)
(k 2-+k k （10-4）
对于空气P c /P 1=0.528 2.气体在喷管中的流动状况 （1）渐缩喷管
渐缩喷管因受几何条件d A ＜0的限制，分析（10-3）式可知，流速不可能高于音速，这样根据背压的不同，渐缩喷管可分为三种不同工况。 ① 临界工况 P b =P c =P 2
② 超临界工况 P c =P 2 > P b （参看图10-4） ③ 亚临界工况 P b =P 2＞P c
当渐缩喷管出口处气体速度达到音速时，或缩放喷管喉部气体速度达到音速时，通过喷管的气流流量便达到了最大值m max (临界流量)，可用下式表示：
1
1
12
min
max )12(12νp k k k A m k-?+?+= (10-5) 式中A min 指渐缩喷管的最小截面积，即出口截面积A 2，对于本实验台渐缩喷管，其算得值为]mm [44.11)2.14(4
A 222min ==
－π
。
（2）缩放喷管
缩放喷管由于几何条件满足，喉部dA=0，流速可达到音速a, 即c=a ，扩大段dA ＞0，流速可超过音速，即c ＞a ，压力可低于临界压力，P ＜P c ，但其缩小段受到最大流量的限制，作为一个整体，缩放喷管同样受这个限制。只要喉部达到临界状态，流量即可按（10-5）式计算，式中A min 为喉部截面积，对于本实验台缩放喷管喉部截面积其标称值也是11.44[mm 2]。此外，在缩放喷管中，气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面的出口压力成为设计压力（P d ）。根据背压的不同，亦可分为三种情况：
① 设计工况 P 2= P b = P d
② 非设计工况 P b < P d ③ 非设计工况 P b ＞P d
对于空气P d /P 1=0.138 四、实验内容及要求
1．渐缩和缩放喷管各选二种工况，按实验步骤和表10-1、表10-2要求记录实验数据，
通过计算，绘制压力分布曲线图。（参考图10-4、图10-6）
2．渐缩和缩放喷管各做一次流量与背压P b的关系测量，按表10-3、表10-4要求记录实验数据，通过计算绘制流量与背压的关系曲线。（参考图10-5、图10-7）3．用计算机测控系统对上述1、2实验内容进行校验。（操作过程请详见计算机测控系统操作说明）
五、实验步骤
1 .实验前的准备
用“坐标标准化器”调好“位移坐标板”的基础位置，然后装好要求实验的喷管，（操作要小心，不要碰坏测压探针）打开背压调节阀。检查真空泵的油位，打开冷却水，用手转动真空泵平衡轮1-2转，检查一切工作正常后，启动真空泵。
2. 测压力分布曲线
全开罐后调节阀，根据渐缩喷管和缩放喷管三种不同的工况，用罐前调节阀调节背压至一定值，摇动手轮（缓慢移动）将测压孔位置从喷管进口处开始，每间隔5mm（要求高时，每间隔3 mm）一停，记下真空表8读数，换算成绝对压力，一直移到出口之外一段距离（大约10mm），整理数据，绘制压力分布曲线图。
3．测流量变化曲线
全开罐后调节阀，把罐前调节阀全关闭，将测压孔移至喷管进口处( 根据实验要求)，此时真空表8所测压力为P1，真空表10所测压力为背压P b。把处于全关闭状态的罐前调节阀（调节背压）逐渐缓慢开启，随着背压P b的降低（真空度升高），流量自0逐渐增大，背压每变化0.01真空度一停，记下真空表8、10读数和U形管差压计读数，当背压降至某一定值时流量达到最大流量m max保护不变，整理数据，绘制流量分布曲线图。
4．实验结束
打开罐前调节阀，关闭罐后调节阀，让真空罐充气，关停真空泵，立即打开罐后调节阀，让真空泵充气，以防止回油，最后关冷却水。
六、实验要求
1．实验前，预习实验内容和有关知识并写预习报告。
2. 实验报告中，原始数据表格不可少，并要完整，清楚。
渐缩喷管压力分布测量实验原始数据记录表10-1
大气压力Pa= 室温t a= ℃P1= M Pa (绝对压力)
缩放喷管压力分布测量实验原始数据记录表10-2大气压力Pa= 室温t a= ℃P1= M Pa (绝对压力)
大气压力Pa= 室温t a= ℃喉部截面积Amin =
大气压力Pa= 室温t a= ℃喉部截面积Amin =
图10-1 实验台总图
图10-2 渐缩喷管图10-3 缩放喷管
图10-4 渐缩喷管压力曲线
图10-5 渐缩喷管流量曲线（当P1=1bar，t3=20℃）
图10-6 缩放喷管压力曲线
计算机测控系统操作说明
一、系统的特点：
1．功能较全，使用方便，采用了可视化界面，虚拟仪器的方法，数据采集过程全由计算机控制，达到数字显示绘图同步，调试过程简单、易掌握。
2．提供了offices的Excel接口。测量的数据可以形成Excel文件格式的报告，多条曲线可以显示在同一坐标内，随时存贮、打印、调用、处理数据、幅面任意选取，极为方便。
3．连接简单，由于利用了计算机打印并口作为数据采集与控制通路，不再需要专用的数据采集卡，因而不必打开计算机机箱，同时也克服了计算机数据采集卡兼容性的问题。
二、测控系统的组成：
本系统由喷管本体、传感器集线盒、采集与程控机箱、计算机四部分组成。其中传
感器集线盒、采集与程控机箱、计算机并口由计算机打印共享线（DB25M）连接。系统组成框图10-8如下：
图10-8 系统组成框图
1．本体的构成：
图10—9 喷管本体总图
1－入口段2－U型管压差计3－孔板流量计4－喷管5－真空表
6—支撑架7－稳压罐8—罐前调节阀9－罐后调节阀10－橡胶连接管
11—坐标尺板12－探针取压移动构机13－真空泵14—冷却水阀
2．传感器集线盒的组成：
传感器集线盒由传感器集线盒面板和内部集线电路板构成（下图）。
传感器集线盒面板传感器内部集线电路板示意图（位移插座、负压插座、压差插座均为四芯航空插座）3．采集与程控机箱的组成如下：
采集与程控机箱背板示意图
采集与程控机箱面板示意图
三、本系统所用到的公式：
1．压力测量公式
P=P a－P v P1=P a－P v0
P a——标准大气压。
P v——负压传感器测量出的喷管探针处真空度。
P v0——喷管入口处的真空度。
P1——喷管入口处的绝对压力值。
X——位移传感器测出的位移。
2．流量测量公式:
×10-2（kg/s）
在常温、常压的环境下：m=4.38365×r×P
其中：m ——孔板流量计的流量
ΔP ——孔板流量计孔的压差（量纲为kPa）
R ——孔板流量计修正系数（经计量确认），r=1
四、操作步骤
在第一次使用本设备时，需要安装喷管的本体以及相应的软件与硬件。
1. 软件的装入过程：
打开计算机，插入配套磁盘（或配置的光盘），双击setup.exe文件，按提示完成相应的功能，软件安装完成，会出现“软件安装成功”的提示。
2. 硬件的安装或准备：
安装喷管的本体时，需要检查U型压差计、孔板、喷管的密封情况，支撑架是否使系统处于水平。同时还要检查当“位移指示指针”对准“位移坐标板”的零刻度时，探针的测压孔是否正好在喷管的入口处。在开启真空泵前，打开罐前的调节阀，将真空泵的飞轮盘转1-2转，同时注意打开真空泵的冷却水阀。参见（图10-9）喷管本体总图。
3. 馈线的连接
断开电源，将“位移传感器”、“负压传感器”、“压差传感器”的4芯航空插座分别连接到“传感器集线盒”面板相应的航空插座上。DB25-25针连接电缆分别接到“传感器集线盒”面板与“采集与程控机箱”背板右边的插座上，以及另一根DB25-25针连接电缆接到“采集与程控机箱”背板左边的插座与计算机上。注意两根DB25-25针连接电缆不得接错，否则可能烧毁设备。请参见采集与程控机箱背板示意图。
4. 测量软件的进入：
完成以上操作步骤以后，打开电源，运行喷管实验分析软件，在首页闪动的字体“喷管实验分析”的字符上，按下鼠标右键，出现提示菜单，进入“测试控制面板”。第一次测量时，如图10-11所示，（需要作传感器的零点与标定系数的标定，具体的标定方法，参见传感器的零点与标定系数的标定，通常新购全套设备在出售前已设置好，无需用户重新标定传感器标定系数，不过传感器的零点通常在测量前需要与过去所调整的零点值进行比较，若需要调整可以通过图10-10所示的负压调零与压差调零电位器来加以调整。调整后的数据请输入到相应的对话框中，若要保存这些数据，需输入授权修改口令，然后选择对应的“记忆按钮”。）
图10-10
五、位移压力曲线的测量
1. 计算机进入测量“压力位移曲线”界面，按下电机控制开关按钮，使“位移指示指
针”对准“位移坐标板”的零刻度。
2. 开启真空泵，调整罐前的调节阀，使喷管的背压为某个值。按下数据采集开关，这
时，压力位移曲线会随着电机的运转渐渐的在计算机屏幕中显示出来，同时，还会显示当前的位移值与负压值。当水平位移值达到50毫米时，电机会自动停止。并给出相应的提示、请参见图10-11。
图10-11
3.若按下“保存数据”按钮，整条曲线数据，将会保存起来。
4.若按下“暂存曲线”按钮，整条曲线会被暂存起来，这样做的目的是为了在同一坐标下
显示多条曲线。
5.若按下“制作报告”按钮，当前所有的实验参数和测量数据将会在Excel显示出来，
参考图10-12。
六、压力流量曲线的测量
1 计算机进入测量“压力流量曲线”界面。按下电机控制开关按钮，将“位移指示指针”
移至“位移坐标板”大于40毫米刻度处。
2. 逐渐关闭罐后的调节阀，按下数据采集开关，这时，压力流量曲线会随着压力调节阀
渐渐的关闭在计算机屏幕中显示出来，同时，还会显示当前的压差值与流量值。
3. 当罐后的调节阀关闭时，屏幕上会显示一条完整的压力流量曲线。参见图10-13。
图10-12 测量数据在Excel显示
图10-13 压力流量曲线
实验十一二氧化碳临界状态观察P―v―t关系实验
一、实验目的
1．通过实验了解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．加深对课堂所讲的工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3．掌握CO2的P―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、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。
二、实验内容
1．测定CO2的P―v―t关系。在P―v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，并与标准实验曲线及理
论计算值相比较，并分析差异原因。
2．测定CO2在低于临界温度时（t=20℃，25，27℃）饱和温度与饱和压力之间的对应关系并与图11-4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，v c待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较，简单分析差异原因。
三、实验设备及原理
1．整个实验装置由压力台、水恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成，如图11-1所示，每个部分都是一个独立的整体，并完成一项工作。
①活塞式压力计是由阀门、油杯进油阀、活塞缸等组成。它的主要作用是产生高压力，
使试验本体中的水银上升，显示不同的数值，供实验所用。
②水恒温器是由搅拌电机，电接点温度计、加热器和电器部分等组成。其主要作用是
将蒸馏水加热到实验所需的温度，并能保持该温度基本不变（即恒温）。通过压力泵将蒸馏水送入试验本体中的玻璃管中，经不断循环，使玻璃管中的水和恒温器中的水基本保持温度一致，以满足实验的需要。
③试验台本体是由承压管、日光灯、防护罩等组成。其主要作用是将活塞式压力计传
递过来的压力，迫使水银上升，压缩承压试管里的CO2气体在不同的温度下变成液体并显示数据，供数据处理用。更重要的是，实验中所需要观测的一些现象都在此试验本体中的承压管里。
图11-1 CO2试验台系统图
2．试验台本体如图11-2所示，其中
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－CO2空间；10－温度计。
3．对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p，v，t之间有：F（p，v，t=0）或t=f（p，v）（11-1）本试验就是根据式（11-1），采用定温方法来测定CO2的p－v之间的联系，从而找出CO2的P―v―t的关系。
4．实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入予先装了CO2气体的承压玻璃管内，这时CO2被压缩，其压力和容积的变化是通过压力台上活塞杆的进、退来调节，温度由水恒温器所供给的水温来调节。
5．实验工质CO2所承受的压力由装在压力台上的压力表读出，温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容首先由承压玻璃管内CO2柱的高度来度量，然后再根据承压玻
璃管内径均匀，截面积不变等条件换算得出。
图11- 2 试验台本体
四、实验步骤
1．按图11-1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯。 2．使用水恒温器调定温度。
（1）把蒸馏水注入水恒温器内，请注意，不能注满，应离上板面20-30mm ，检查并接
通电路，开启电源开关，观看电源指示灯是否亮，等电源指示灯亮了以后，再开启电泵开关，以及电加热器开关，给恒温器中的蒸馏水加热。
（2）旋转电接点温度计顶端帽形磁铁调动凸轮转示标，使凸轮转示标上端面与所调定
的温度一致，并将帽形磁铁用螺钉锁紧，以防转动。
（3）仔细观看恒温器上的玻璃温度计数值，同时再看一看试验台本体上的温度计数
值是否与它一致（可能有点误差，环境因素造成）。当水温未到要调定的温度时，恒温器指示灯亮，当指示灯时亮时灭时，说明温度已达到所需温度，这时可以开始做实验。
（4）当需要改变实验温度时，重复（2）（3）两步骤即可。 3．加压前的准备
因为压力台的油缸容量比主容器容量小（实验所需的油量是试验本体所需油量与油表管路所需油量之和），所以需多次从油杯中抽油，不断向主容器充油，直到压力表上有压力数值显示为止。抽油、充油过程中要小心操作，动作要慢，如有操作失误，不但压力加不上，同时还会损坏仪器，所以一定要掌握操作步骤。 4．加压步骤
① 关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯进油阀，如油不够，应加油。（10＇，20＇机油即可）
② 摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台的油缸中抽满了油。 ③ 先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。
④ 摇进活塞螺杆，给本体充油，如此反复多次，直至压力表上有压力并能满足实验所需压力为止。
⑤ 再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体的油路阀门是否开启，若均已稳定，即可进行实验。
5．测定承压玻璃管内CO 2的质面比常数k 值。
由于充进承压玻璃管内的CO 2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A ）又不易测准，因而实验中采用间接的办法来确定CO 2的比容，认为CO 2的比容υ与其高度是一种线性关系，具体如下：
① 已知CO 2液体在20℃，9.80Mpa 时的比容υ（20℃，9.80Mpa ）=0.00117m 3/kg 。 ② 实际测出本试验台CO 2在20℃，9.80Mpa 时的CO 2液柱高度Δh ＇（m ）。
（注意玻璃水套上刻度的标记方法） ③ 由①可知
kg m /00117.0m
A
h 9.80MPa)℃(203=?'?=，υ )kg/(00117
.03m k h ΔA m ='=∴
那么任意温度、压力下CO 2的比容为
k
h
A m h ?=?=
/υ
g /k m 3
式中: h ?=h －h 0
K —— 即为玻璃管内CO 2的质面比常数 h —— 任意温度、压力下水银柱高度 h 0 —— 承压玻璃管内径顶端刻度
6．实验中应注意从下几点
① 做各条定温线时，实验压力p ≤9.80 MPa ，实验温度t ≤50℃。
② 一般取h 时，压力间隔可取0.20 ─ 0.5MPa ，但在接近饱和状态和临界状态时，压力间隔应取为0.05 MPa 。
③ 实验中取h 时，水银柱液面高度的读数要准确，应使视线与水银柱半园型液面的中间平齐。
7．测定低于临界温度t=20℃时的定温线
① 用恒温器上电接点温度计调定、控制蒸馏水温度到20℃，并要保持恒温。 ② 压力记录从4 MPa 开始，当玻璃管内水银升起来，应足够缓慢地摇进活塞螺。 以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准。 ③ 按照适当的压力间隔取h 值直至压力p=9.0MPa 为止。
④ 注意加压后CO 2的变化，特别是注意饱和压力与饱和温度的对应关系，液化、 气化等现象，将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表11-1内(参考表) ⑤ 测定t=25℃，t=27℃时，饱和温度与饱和压力的对应关系。 8．测定临界等温（t=31.1℃）线和临界参数，临界现象观察
① 仿照步骤7那样测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力p 和临界比容υ，并将数据填入表11-1内。 ② 临界现象观察 a ．整体相变现象
由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是像临界温度以下那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的过程。而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。
b ．汽、液两相模糊不清现象
处于临界点的CO 2具有共同参数（p 、v 、t ），因而是不能区别此时CO 2是气态还是液态的，说它是气体，那么这个气体是接近液态的气体，说它是液体，那么这个液体又是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时CO 2是处于临界温度下，如果按等温线过程进行来使CO 2压缩或膨胀，那么管内是什么也看不到的。我们按绝热过程来进行，首先在压力等于7.64MPa 附近，突然降压，CO 2状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内CO 2出现明显的液面，这就说明，如果这时管内CO 2是气体的话，那么这种气体离液区很接近，可以说它是接近液态的气体。当我们在膨胀之后，突然压缩CO 2时，这个液面又立即消失了，这就告诉我们：这时CO 2液体离气区也是非常近的，又可以说它是接近气态的液体，既然此时的CO 2既接近气态又接近液态，所以只能处于临界附近。可以这样说，饱和气、液分不清，这就是临界点附近饱和汽液模糊不清的现象。
9．测定高于临界温度t=50℃时的等温线，并将数据填入表11-1内。
热力学实验.
工程热力学实验 一、热力设备认识 （时间：第7周周二3、4节；地点：工科D504） 一、实验目的 1. 了解热力设备的基本原理、主要结构及各部件的用途； 2. 认识热力设备在工程热力学中的重要地位、热功转换的一般规律以及热力设备与典型热力循环的联系。 二、热力设备在工程热力学课程中的重要地位 工程热力学主要是研究热能与机械能之间相互转换的规律和工质的热力性质的一门科学，这就必然要涉及一些基本的热力设备(或称热动力装置)，如内燃机、制冷机、藩汽动力装置、燃气轮机等。了解这些热力设备的基本原理、主要结构、和各部件的功能，对正确理解工程热力学基本概念、基本定律十分必要。工程热力学中涉及的各循环都是通过热力设备来实现的，如活塞式内燃机有三种理想循环：定容加热循环、定压加热循环和混合加热循环；蒸汽动力装置有朗肯循环；燃气轮机有定压加热循环和回热循环；制冷设备有蒸汽压缩制冷循环、蒸汽喷射制冷循环等。卡诺循环则是由两个定温和两个绝热过程所组成的可逆循，具有最高的热效率，它指出了各种热力设备提高循环热效率的方向。因此，对这些热力设备的工作原理和基本特性有一个初步了解，对一些抽象概念有一个感性认识，能够加深对热力学基本定律的理解，掌握一些重要问题(如可逆和不可逆)的实质，有助于学好工程热力学这门课程。 三、各种热力设备的基本结构与原理 1.内燃机 内燃机包括柴油机和汽油机等，是-种重量轻、体积小、使用方便的动力机械。以二冲程柴油机为例，其基本结构如图1所示。
图1 内燃机结构图 内燃机的工质为燃料燃烧所生成的高温燃气。根据燃料开始燃烧的方式不同可分为点燃式和压燃式，点燃式是在气缸内的可燃气体压缩到一定压力后由电火花点燃燃烧；压燃式是气缸内的空气经压缩其温度升高到燃料自燃温度后，喷入适量燃料，燃料便会自发地燃烧。压燃式内燃机的工作过程分为吸气、压缩、燃烧、膨胀及排气几个阶段。吸气开始时进气门打开，活塞向下运动把空气吸入气缸。活塞到达下死点时进气门关闭而吸气过程结束。进气门和排气门同时关闭，活塞向上运动压缩气缸内空气，空气温度与压力不断升高，直到活塞到达上死点时，压缩过程结束。这时气缸内空气温度已超过燃料自燃温度，向气缸内喷入适量燃料，燃料便发生燃烧。燃烧过程进行的很快，接着是高温燃气发生膨胀，推动活塞向下运动带动曲轴作出机械功。活塞到达下死点时，排气门打开，气缸内的高温高压燃气通过排气门排至大气，活塞又向上运动将气缸内的剩余气体推出气缸，活塞到达上死点时排气过程结束，完成一个循环。当活塞再一次由上死点向下运动时重新开始一个循环。这样通过气缸实现了燃料的化学能变为热能，热能又变为机械能的过程。 汽油机的工作过程基本上与柴油机差不多，不同之处在于汽油机的汽油预先在化油器内蒸发汽化并和空气混合后一起吸入气缸，压缩过程结束后由电火花点燃燃烧。其它过程与柴油机完全相同。 内燃机是主要用在工程机械、船舶和航空等领域，以及海上采油平台用内燃机发电。 汽油机的总体构造分为基本机构和辅助系统，如图2所示。 基本机构包括: 曲柄连杆机构:气缸盖、气缸体、曲轴箱、活塞、连杆和曲轴，其功用是将燃料的热能
传热学实验指导书
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数 一、实验目的 1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。 2、确定热导率和温度之间的函数关系。 二、实验原理 热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。 球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。 设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律： dr dt r dr dt A λπλφ24-=-= （1） 边界条件221 1t t r r t t r r ====时时 （2） 1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得 1 22121122121)(2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W] ) (2)(212112t t d d d d --=πφλ [W/(m ·K)] (3) 2、若λ≠ 常数，（1）式变为 dr dt t r ) (42λπφ-= （4） 由（4）式，得 dt t r dr t t r r ??-=21 21)(42 λπφ 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 )()(4121222 12 1t t t t dt t r dr t t r r ---=??λπφ (5)
式中 122 1)(t t dt t t t -?λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即 1 221)(t t dt t t t m -=?λλ，工程计算中，材料的热导率对温度的依变关系一般按线性关系处理，即)1(0bt +=λλ。因此， )](21[)1(210 1202 1 t t b t t dt bt t t m ++=-+=?λλλ。这时，(5)式变为 ) (2) (4)(21211222121t t d d d d r dr t t r r m --= -=?πφπφλ [W/(m ·K)] （6） 式中，m λ为实验材料在平均温度)(21 21t t t m +=下的热导率， φ为稳态时球体壁面的导热量， 21t t 、分别为内外球壁的温度， 21d d 、分别为球壁的内外直径。 实验时，应测出21t t 、和φ，并测出21d d 、，然后由（3）或（6）得出m λ。 如果需要求得λ和t 之间的变化关系，则必须测定不同m t 下的m λ值，由 ) 1() 1(202101m m m m bt bt +=+=λλλλ （ 7） 可求的b 、0λ值，得出λ和t 之间的关系式)1(0bt +=λλ。 三、实验设备 导热仪本体结构和测量系统如图1-1所示。
第5章教学实践与分析
第5章教学实践与分析 第5章教学实践与分析 下面将基于CSCL的研究性学习平台的活动设计流程应用于《热力学基本原理》教学设计中。《热学》是湖南大学《大学物理》（上册）第11章和第12章的教学内容。我们选取其中的两个主题：《热力学中能量知识能力结构》和PBL在热力学中的应用开展教学活动。 5.1 热力学中能量知识能力结构的研究 1. 课程目标分析 《大学物理》协作式研究性学习互动平台的使用对象定位在湖南大学所有理工科一二年级必修《大学物理》课程的学生。要求学习者通过这样一个互动平台能够更加方便的与其他学习者或者教师进行协同学习，共同讨论，共同提高，通过教师布置的课题任务进一步加深对大学物理学知识的理解，能够熟练的运用研究性学习学会与人合作，学习和生活，体现协作式研究性学习的特点，知其然更知其所以然，促进知识的建构。 2. 知识内容分析 在热力学能量知识结构研究这一主题下，对于热力学基本原理的学习和理解是进一步加深对能量守恒定律认识的一个重要过程。通过分析热力学过程中功、热量与内能变化之间的关系引入热力学第一定律。作为应用的具体例子，讨论和计算理想气体几
种典型准静态过程（主要为等温、等容、等压、绝热过程）中功、热量与内能变化的情况，热机效率的计算为综合应用。对功变热及热传导过程进行分析可以得到反映力学过程进行的方向性的基本规律——热力学第二定律的两种表述；对可逆与不可逆过程的分析可以揭示出热力学第二定律两种表述的共同本质；对典型不可逆过程作微观分析可以挖掘出不可逆过程的微观实质——从无序走向有序；利用熵来描述热力学系统的无序程度，可以导出热力学第二定律的数学表达式。 热力学能量知识结构对于大学低年级的学生来说并不是全新的知识，热学部分的知识学生在初高中阶段就有了不同程度的了解，如何使学生系统准确的掌握 热力学过程所服从的基本规律，从而建立起热力学理论体系，并进一步用于分析和研究各种具体的热现象与热力学过程才是这个章节的重点。 本课程采用网络协作式研究性学习活动方式，教学目标主要靠小组协作探究来落实，通过活动过程分析和成果分析等来考察是否达到了学生的学习目标。 3. 学习者分析 学生在网络环境下的自我调控能力有待加强，并且缺乏网络环境下的学习计划、自控和反思能力。所以在整个学习活动的每一阶段都需要教师给与引导和监督，否则进行协作式研究性学习只会流于形式。以任务主题的形式进行协作式研究性学习，可以
建筑物理复习(建筑热工学)
第一篇 建筑热工学 第1章 建筑热工学基础知识 1.室内热环境构成要素： 室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。 2.人体的热舒适 ①热舒适的必要条件：人体内产生的热量=向环境散发的热量。 m q ——人体新陈代谢产热量 e q ——人体蒸发散热量 r q ——人体与环境辐射换热量 c q ——人体与环境对流换热量 ②充分条件：所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30% ，辐射散热约为45-50%，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30%。处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡”。 （注意与“负热平衡区分”） ③影响人体热舒适感觉的因素： 1.温度； 2.湿度； 3.速度； 4.平均辐射温度； 5.人体新陈代谢产热率； 6.人体衣着状况。 3.湿空气的物理性质 ①湿空气组成：干空气+水蒸气=湿空气 ②水蒸气分压力：指一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。 ⑴未饱和湿空气的总压力： w P ——湿空气的总压力（Pa ） d P ——干空气的分压力（Pa ） P ——水蒸气的分压力（Pa ） ⑵饱和状态湿空气中水蒸气分压力：s P ——饱和水蒸气分压力 注：标准大气压下，s P 随着温度的升高而变大（见本篇附录2）。表明在一定的大气压下，湿空气温度越高，其一定容积中所能容纳的水蒸气越少，因而水蒸气呈现出的压力越大。 ③空气湿度：表明空气的干湿程度，有绝对湿度和相对湿度两种不同的表示方法。 ⑴绝对湿度：单位体积空气所含水蒸气的重量，用f 表示（g/m 3）。 饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量max f （g/m 3）表示。 ⑵相对湿度：一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f ，与同温同压下饱和水蒸气量max f 的百分比： ⑶同一温度（T 相对湿度又可表示为空气中 P ——空气的实际水蒸气分压力 （Pa
工程热力学实验指导书全解
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 h c 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 T Q M 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 ) (1221 t 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 t t B A dt t t Bt A c +=++=-+=? 2 21122 1 21 (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。 因此，可以对某一气体在n 个不同的平均温度t m i 下测出其定压比热容c p m i ，然后根据最小二乘法原理，确定
华中科技大学建筑物理建筑热工学实验室内热环境参数对比试验
建筑与城市规划学院实验报告 实验项目：室内热环境参数对比试验
一．实验目的 建筑物室外的各种气候因素通过建筑物的围护结构、外门窗及各类开口，直接影响室内的气候条件。为获得良好的室内热环境，必须了解当地各主要气候因素的概况及变化规律，并以此作为建筑设计的依据。 一个地区的气候状况是许多因素综合作用的结果。对室内热环境参数，需要测试的项目有空气温度，湿度，风速及风力等。我们知道影响室内热环境的主要因素是室外气候状况，但对于同一幢楼房中不同的楼层，不同的朝向，同一套间内不同朝向的房间，在相同的室内气候条件下，尤其是在室外恶劣气候条件下，其室内热环境参数由于所处的位置不同而有较大的差异。 对此我们是有感性认识的。这次实验将这种差异量化，从这些差异值寻找经济实用的解决方法，掌握测量方法和注意事项。 二．测试时间与地点 2011年6月19日（十一周周六十二周周日），华中科技大学紫菘公寓12栋601室，寝室窗户朝南而开。测试正中距地面1.5米高的位置（气温为城市近郊气象台离地面1.5米高处空气的温度）。其他测点若干个，就沿房间纵，横轴每2m一个设置若干个测点。（为了便于说明问题，附设一个加测点，即外墙内表面距离窗台下300mm处布置一测点，测量外墙内表面温度。） 测试选择时间在6月19日（本应该选择夏天中最炎热的一天或冬天最寒冷的一天，但根据实际情况选择了这个时间测量），测量时间为正午12点到第二天正午12点，一共24个小时，每隔半小时测量一次并记录数据。
三．测量仪器 温湿度自记仪，温度自记仪，黑球温度计，电子微风仪 四．测点布置 测点布置在房间正中距地面1.5米高的位置（图示B点）。其他测点若干个，沿房间纵，横轴每2m一个设置若干个测点（图示C点）。应画出被测房间的平面图，剖面图，标明基本尺寸及测点位置，并说
热工学实践实验报告
2016年热工学实践实验内容 实验3 二氧化碳气体P-V-T 关系的测定 一、实验目的 1. 了解CO 2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。 2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。 3. 掌握CO 2的P-V-T 间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。 二、实验任务 1．测定CO 2气体基本状态参数P-V-T 之间的关系，在P —V 图上绘制出t 为20℃、31.1 ℃、40℃三条等温曲线。 2．观察饱和状态，找出t 为20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。 3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。 4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t 的关系图。 三、实验原理 1. 理想气体状态方程：PV = RT 实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响，1873年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程： ()RT b v v a p =-??? ? ?+2 （3-1） 式中: a / v 2 是分子力的修正项； b 是分子体积的修正项。修正方程也可写成 : 0)(23 =-++-ab av v RT bp pv （3-2） 它是V 的三次方程。随着P 和T 的不同，V 可以有三种解：三个不等的实根；三个相等的实 根；一个实根、两个虚根。 1869年安德鲁用CO 2做试验说明了这个现象，他在各种温度下定温压缩CO 2并测定p 与v ，得到了P —V 图上一些等温线，如图2—1所示。从图中可见，当t >31.1℃时，对应每一个p ，可有一个v 值，相应于（1）方程具有一个实根、两个虚根；当t =31.1℃时，而p = p c 时，使曲线出现一个转折点C 即临界点，相应于方程解的三个相等的实根；当t <31.1℃时，实验测得的等温线中间有一段是水平线（气体凝结过程），这段曲线与按方程式描出的曲线不能完全吻合。这表明范德瓦尔方程不够完善之处，但是它反映了物质汽液两相的性质和两相转变的连续性。 2．简单可压缩系统工质处于平衡状态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定的关系，可表示为： F （P ，V ，T ）= 0
第一章建筑热工学基本知识习题
第一章建筑热工学基本知识习题 自己收集整理的 错误在所难免 仅供参考交流 如有错误 请指正！谢谢 第一篇建筑热工学 第一章建筑热工学基本知识 习题 1-1、构成室内热环境的四项气候要素是什么？简述各个要素在冬（或夏）季 在居室内 是怎样影响人体热舒适感的 答：（1）室内空气温度：居住建筑冬季采暖设计温度为18℃ 托幼建筑采暖设计温度为20℃ 办公建筑夏季空调设计温度为24℃等 这些都是根据人体舒适度而定的要求
（2）空气湿度：根据卫生工作者的研究 对室内热环境而言 正常的湿度范围是30-60% 冬季 相对湿度较高的房间易出现结露现象 （3）气流速度：当室内温度相同 气流速度不同时 人们热感觉也不相同 如气流速度为0和3m/s时 3m/s的气流速度使人更感觉舒适 （4）环境辐射温度：人体与环境都有不断发生辐射换热的现象 1-2、为什么说 即使人们富裕了 也不应该把房子搞成完全的"人工空间"？ 答：我们所生活的室外环境是一个不断变化的环境 它要求人有袍强的适应能力 而一个相对稳定而又级其舒适的室内环境 会导致人的生理功能的降低 使人逐渐丧失适应环境的能力
从而危害人的健康 1-3、传热与导热（热传导）有什么区别？本书所说的对流换热与单纯在流体内部的对流传热有什么不同？ 答：导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动 热量由高温向低温处转换的现象 纯粹的导热现象只发生在密实的固体当中 围护结构的传热要经过三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热严格地说 每一传热过程部是三种基本传热方式的综合过程 本书所说的对流换热即包括由空气流动所引起的对流传热过程 同时也包括空气分子间和接触的空气、空气分子与壁面分子之间的导热过程 对流换热是对流与导热的综合过程 而对流传热只发生在流体之中 它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动 互相掺合而传递热能的 1-4、表面的颜色、光滑程度
二氧化碳临界状态观测及PVT关系工程热力学实验指导书
程热力学 氧化碳临界状态观测及 P-V-T 关系 一、实验目的 了解CO 2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。 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。 掌握CO 2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 学会活塞式压力计， 恒温器等热工仪器的正确使用方法。 二、实验内容 1、 测定CO 的p-v-t 关系。在P-V 坐标系中绘出低于临界温度(t=20 C)、临界温度 (t=31.1 C)和高于 临界温度(t=50 C)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、 测定CQ 在低于临界温度(t=20 C 、27C )时饱和温度和饱和压力之间的对应关系， 并与图四中的t s -p s 曲线比较。 3、 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CQ 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。 三、实验设备及原理 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)。 1、 2、 3、 和技巧。 4、 图一 试验台系统图
蛍渥水 H -------------------------------- * CU J空间 承压玻璃 4” 十一 Ezz E力油 高压容器 图二试验台本体 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—承压玻璃杯；9—CQ空间；10—温度计。、 对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数P、V、t之间有：F( p,v,t)=0 或t=f(p,v) (1) 本实验就是根据式(1),采用定温方法来测定CQ的p-v-t关系，从而找出CQ的p-v-t关系。 实验中，由压力台送来的压力由压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预 先装了CQ气体的承压玻璃管，CQ被压缩，其压力和容器通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。 实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出(如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正) 。温度由插在恒温水套中的温度计读 出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件来换算得出。 四、实验步骤 1、按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯。 2、恒温器准备及温度调节： (1)、入恒温器内，注至离盖30?50mm检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对
第1章 《工程热力学》实验(第四版)
第一章 《工程热力学》实验 §1-1 二氧化碳临界状态及P-V-T 关系实验 一、实验目的和任务 目的： 1．巩固工质热力学状态及实际气体状态变化规律的理论知识，掌握用实验研究的方法和技巧。 2．熟悉部分热工仪器的正确使用方法（如活塞式压力计、恒温水浴等），加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解，为今后研究新工质的状态变化规律奠定基础。 任务： 1.测定CO 2的t v p --关系，在v p -坐标中绘出几种等温曲线，与标准实验曲线及克拉贝龙方程和范得瓦尔方程的理论计算值相比较并分析差异原因。 2.观察临界状态，测定CO 2的临界参数（c c c t v p 、、），将实验所得的c v 值与理想气体状态方程及范得瓦尔方程的理论计算值作一比较，简述其差异原因。 3.测定CO 2在不同压力下饱和蒸气和饱和液体的比容（或密度）及饱和温度和饱和压力的对应关系。 4.观察凝结和汽化过程及临界状态附近汽液两相模糊的现象。 二、实验原理 1.实际气体在压力不太高、温度不太低时，可以近似地认为理想气体，并遵循理想气体状态方程： mRT pV = (1) 式中 p ―绝对压力（Pa ） V ―容积(m 3) T ―绝对温度(K) m ―气体质量(kg) R ―气体常数， 2CO R =8.314/44=0.1889(kJ/kg ·K) 实际气体中分子力和分子体积，在不同温度压力范围内，这两个因素所引起的相反作用按规定是不同的，因而，实际气体与不考虑分子力、分子的体积的理想气体有一定偏差。1873年范得瓦尔针对偏差原因提出了范得瓦尔方程式： (2) 或 0)(2 3=+++-b av v RT bp pv (3) 式中 a ―比例常数， c c p RT a ) (272 =； 2 /v a ―分子力的修正项； RT b v v a p =-+))((2
《传热学》实验指导书
传热学实验指导书 XX大学 XX学院XX系 二〇一X年X月
一、导热系数的测量 导热系数是反映测量热性能的物理量，导热是热交换三种基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各研究领域的课题之一。要认识导热的本质特征，需要了解粒子物理特性，而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理实验。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类有关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。在科学实验和工程设计中所采用材料导热系数都需要用实验方法测定。 1882年法国科学家J ·傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验是稳态平板法测量材料的导热系数。 【实验目的】 1、了解热传导现象的物理过程 2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数 3、学习用作图法求冷却速率 4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法 【实验仪器】 1、YBF-3导热系数测试仪 一台 2、冰点补偿装置 一台 3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组 4、塞尺 一把 5、游标卡尺（量程200mm ） 一把 6、天平（量程1kg ，分辨率0.1g ） 一台 【实验原理】 为了测定才材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0，处取一个垂直截面A （如图1）以dt/dz 表示Z 处的温度梯度，以dQ/d τ表示该处的传热速率（单位时间通过截面积A 的热量），那么传导定律可表示为： ()0z z dz dt d dQ A =-==Φλτ 1-1 式中的负号表示热量从高温向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。式中的λ即为导热系数，可见热导率的物理意义：在温度梯度为一个单位的情况下，单位时间内通过单位截面面积的热量。 利用1-1式测量测量的导热系数，需解决的关键问题有两个：一个是在材料中造成的温度梯度dt/dz ，并确定其数值；另一个是测量材料内由高温区向低温区的传热速率dQ/d τ。 1、温度梯度dt/dz 的测量
工程热力学实验报告
水的饱和蒸汽压力和温度关系 实验报告
水的饱和蒸汽压力和温度关系 一、实验目的 1、通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解。 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、学会压力表和调压器等仪表的使用方法。 二、实验设备与原理 456 7 1. 开关 2. 可视玻璃 3. 保温棉（硅酸铝） 4. 真空压力表（-0.1～1.5MPa） 5. 测温管 6. 电压指示 7. 温度指示8. 蒸汽发生器9. 电加热器10. 水蒸汽11.蒸馏水12. 调压器 图1 实验系统图 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程。汽化过程总是伴随着分子回到液体中的凝结过程。到一定程度时，虽然汽化和凝结都在进行，但汽化的分子数与凝结的分子数处于动态平衡，这种状态称为饱和态，在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸汽分子动能和分子总数保持不变，因此压力也确定不变，称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系一一对应。 二、实验方法与步骤 1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 2、将调压器指针调至零位，接通电源。 3、将调压器输出电压调至200V，待蒸汽压力升至一定值时，将电压降至30-50V保温（保温电压需要随蒸汽压力升高而升高），待工况稳定后迅速记录水蒸汽的压力和温度。 4、重复步骤3，在0～4MPa（表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀。 5、实验完毕后，将调压器指针旋回至零位，断开电源。 6、记录室温和大气压力。
四、数据记录 五、实验总结 1. 绘制P-t关系曲线将实验结果绘在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。
二氧化碳PVT实验指导书
第七章工程热力学综合实验 实验1 二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系的测定 一、实验目的 1. 观察二氧化碳气体液化过程的状态变化和临界状态时气液突变现象，增加对临界状态概念的感性认识。 2. 加深对课堂所讲的工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。 3. 掌握二氧化碳的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、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。 二、实验原理 当简单可压缩系统处于平衡状态时，状态参数压力、 间有确切的关系，可表示为： (,,)=0 (7-1-1) F p v T 或 =(,)(7-1-2) v f p T 在维持恒温条件下、压缩恒定质量气体的条件下，测量气体的压力与体积是实验测定气体p-v-T关系的基本方法之一。1863年，安德鲁通过实验观察二氧化碳的等温压缩过程，阐明了气体液化的基本现象。 当维持温度不变时，测定气体的比容与压力的对应数值，就可以得到等温线的数据。 在低于临界温度时，实际气体的等温线有气、液相变的直线段，而理想气体的等温线是正双曲线，任何时候也不会出现直线段。只有在临界温度以上，实际气体的等温线才逐渐接近于理想气体的等温线。所以，理想气体的理论不能说明实际气体的气、液两相转变现象和临界状态。
二氧化碳的临界压力为73.87b a r (7.387M Pa )，临界温度为31.1℃，低于临界温度时的等温线出现气、液相变的直线段，如图1所示。30.9℃是恰好能压缩得到液体二氧化碳的最高温度。在临界温度以上的等温线具有斜率转折点，直到48.1℃才成为均匀的曲线（图中未标出）。图右上角为空气按理想气体计算的等温线，供比较。 1873年范德瓦尔首先对理想气体状态方程式提出修正。他考虑了气体分子体积和分子之间的相互作用力的影响，提出如下修正方程： ()()p a v v b R T + -=2 (7-1-3) 或写成 pv bp RT v av ab 3 2 -++-=() (7-1-4) 范德瓦尔方程式虽然还不够完善，但是它反映了物质气液两相的性质和两相转变的连续性。 式（7-1-4）表示等温线是一个v 的三次方程，已知压力时方程有三个根。在温度较低时有三个不等的实根；在温度较高时有一个实根和两个虚根。得到三个相等实根的等温线上的点为临界点。于是， 临界温度的等温线在临界点有转折
2011年热工学实践实验内容34解析
2012年热工学实践实验内容 实验3 二氧化碳气体P-V-T 关系的测定 一、实验目的 1. 了解CO 2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。 2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。 3. 掌握CO 2的P-V-T 间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。 二、实验任务 1．测定CO 2气体基本状态参数P-V-T 之间的关系，在P —V 图上绘制出t 为20℃、31.1 ℃、40℃三条等温曲线。 2．观察饱和状态，找出t 为20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。 3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。 4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t 的关系图。 三、实验原理 1. 理想气体状态方程：PV = RT 实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响，1873年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程： ()RT b v v a p =-??? ? ?+2 （3-1） 式中: a / v 2 是分子力的修正项； b 是分子体积的修正项。修正方程也可写成 : 0)(23 =-++-ab av v RT bp pv （3-2） 它是V 的三次方程。随着P 和T 的不同，V 可以有三种解：三个不等的实根；三个相等的实 根；一个实根、两个虚根。 1869年安德鲁用CO 2做试验说明了这个现象，他在各种温度下定温压缩CO 2并测定p 与v ，得到了P —V 图上一些等温线，如图2—1所示。从图中可见，当t >31.1℃时，对应每一个p ，可有一个v 值，相应于（1）方程具有一个实根、两个虚根；当t =31.1℃时，而p = p c 时，使曲线出现一个转折点C 即临界点，相应于方程解的三个相等的实根；当t <31.1℃时，实验测得的等温线中间有一段是水平线（气体凝结过程），这段曲线与按方程式描出的曲线不能完全吻合。这表明范德瓦尔方程不够完善之处，但是它反映了物质汽液两相的性质和两相转变的连续性。 2．简单可压缩系统工质处于平衡状态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定的关系，可表示为： F （P ，V ，T ）= 0
《传热学》实验指导书
《传热学》实验指导书 建筑环境与设备工程教研室
实验一 强迫对流换热实验 一、实验目的 1、了解热工实验的基本方法和特点； 2、学会翅片管束管外放热和阻力的实验研究方法； 3、巩固和运用传热学课堂讲授的基本概念和基本知识； 4、培养学生独立进行科研实验的能力。 二、实验原理 1、翅片管是换热器中常用的一种传热元件，由于扩展了管外传热面积，故可使光管的传热热阻大大下降，特别适用于气体侧换热的场合。 2、空气（气体）横向流过翅片管束时的对流换热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，其无因次函数关系可表示如下： N u =f(R e 、P r 、、 、、、、o l o t o o o D P D P D B D D H /δn) (1) 式中：N u = γ D h ?为努谢尔特数； R e = γm o u D ?= η m o G D ? 为雷诺数； P r = h ν=λ μ?C 为普朗特数； H 、δ、B 分别为翅片高度、厚度、和翅片间距； P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距；n 为流动方向的管排数； D o 为光管外径，u m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速（m/s ）和质量流量 （kg/m 2s ）， 且G m =u m ?ρ。λ、ρ、μ、γ、α为气体的特性值。 此外，换热系数还与管束的排列方式有关，有两种排列方式，顺排和叉排，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外换热系数会高于顺流的情况。 对于特定的翅片管束，其几何因素都是固定不变的，这时，式（1）可简化为： N u =f （R e 、P r ） （2） 对于空气，P r 数可看作常数，故 N u =f （R e ） （3） 式（3）可表示成指数方程的形式 N u =CR e n （4） 式中，C 、n 为实验关联式的系数和指数。这一形式的公式只适用于特定几何条件下的管束，为了在实验公式中能反映翅片管和翅片管束的几何变量的影响，需要分别改变几何参数进行实验并对实验数据进行综合整理。 3、对于翅片管，管外换热系数可以有不同的定义公式，可以以光管外表面为基准定义换热系数，也可以以翅片管外表面积为基准定义。为了研究方便，此处采用光管外表面积作为基准，即： ) (wo a o T T L D n Q h -???= π （5）
《热工学基础》教学大纲.doc
天津国土资源和房屋职业学院 课堂教学大纲 课程名称：热工学基础 课程代码： ________ 06030091 ______________ 使用专业：物业设施管理（智能建筑方向） 执笔者： _____________ 瓦超_____________ 系（部）主任签字： _____________________ 制定日期：2014 年 1 月
修订日期：年月
课程代码：06030109 课程类别：职业基础课 总课时数：48 编写日期：2014年1月20日一、适用专业课程名称：热工学基础 适用专业：物业设施管理(智能建筑方向) 执笔人：孟超 审核人：郝江霞 《热工学基础》课程教学大纲 本教学大纲适用于土建类建筑设备类专业，本大纲的教学对象是高职学院物业设施管理专业三年制学生。 二、教学目的和要求 L教学目标 本课程以掌握基本概念为主要目的，立足于工程实际，培养学生认识问题、分析问题、基本解决问题的能力。帮助学生基本掌握热工学基础知识，了解提高其热效率的基本途径和方法，并能应用所学的知识，对简单问题进行计算，为学习专业知识奠定必要的热力分析与热工计算的理论基础和基本技能。 2教学要求 通过学习热工学基础这门专业基础课，应达到下列基本要求： (1)掌握工质气体状态参数、理想气体状态方程，并能进行气体基本热力过程的分析和简单计算； (2掌握热力学第一定律的实质及其能量方程的应用； (3)掌握热力学第二定律的实质和意义； (功掌握卡诺循环及卡诺定律、热泵的理论基础； (5) 了解水蒸气的热力性质及相应的图表，并能应用这些图表进行简单热力过程的分析和计算； (理解气体和蒸汽的节流、气体压缩与制冷循环的基本原理及工程
工程热力学实验一
工程热力学实验一 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验 [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。 [实验设备及原理] 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）。 图一试验台系统图 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—承压玻璃杯；9—CO2 空间；10—温度计。 对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态 时，其状态参数p、v、t之间有： F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1） 本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定 CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。 实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高 压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2 气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压 力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给 的水套里的水温来调节。 实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的 压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度计读出。 比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量， 而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算 图二实验台本体 得出。 [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=50℃）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、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，
(完整版)建筑热工学习题(有答案)-15
《建筑物理》补充习题(建筑热工学) 6. 把下列材料的导热系数从低到高顺序排列， n 、水泥膨胀珍珠岩 哪一组是正确的(B ) ?1、钢筋混凝土; (A) n 、v 、i 、w 、川 (B) v 、n 、 川、W 、I (C) i 、w 、川、n 、v (D) v 、n 、 W 、川、I 7.人感觉最适宜的相对湿度应为( ) (A) 30~70 % (B) 50~60% (C) 40~70% (D) 40~50% 8.下列陈述哪些是不正确的( ) A.铝箔的反射率大、黑度小 B.玻璃是透明体 C.浅色物体的吸收率不一定小于深颜色物体的吸收率 D.光滑平整物体的反射率大于粗糙凹凸物体的反射率 9.白色物体表面与黑色物体表面对于长波热辐射的吸收能力( )。 A.白色物体表面比黑色物体表面弱 B.白色物体表面比黑色物体表面强 C.相差极大 D.相差极小 10.在稳定传热状态下当材料厚度为 面积的导热量，称为( )。 1m 两表面的温差为 1 C 时，在一小时内通过 1m 2截 A. 热流密度 B.热流强度 C.传热量 D.导热系数 11. 下面列出的传热实例，( )不属于基本传热方式。 C. 人体表面接受外来的太阳辐射 D.热空气和冷空气通过 1. 太阳辐射的可见光，其波长范围是( A . 0.28~3.0 (B) 0.38~ 0.76 2. 下列的叙述，() )微米。 (C) 0.5~1.0 不是属于太阳的短波辐射。 (A)天空和云层的散射 (C)水面、玻璃对太阳辐射的反射 3. 避免或减弱热岛现象的措施，描述错误是( (A)在城市中增加水面设置 (C)采用方形、圆形城市面积的设计 4. 对于影响室外气温的主要因素的叙述中， (A)空气温度取决于地球表面温度 (C)室外气温与空气气流状况有关 5. 在热量的传递过程中， 量传递称为( )。 (A)辐射 (B)对流 (D) 0.5~2.0 (B)混凝土对太阳辐射的反射 (D)建筑物之间通常传递的辐射能 )。 (B)扩大绿化面积 (D)多采用带形城市设计 ()是不正确的。 (B)室外气温与太阳辐射照度有关 (D)室外气温与地面覆盖情况及地形无关 物体温度不同部分相邻分子发生碰撞和自由电子迁移所引起的能 (C)导热 (D)传热 ;川、平板玻璃；W 、重沙浆砌筑粘土砖砌体；V 、胶合板 A. 热量从砖墙的内表面传递到外表面 B. 热空气流过墙面将热量传递给墙面
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 (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。 4、需要记载的数据：室温t 0；比热仪进口干、湿球温度——即流量计的进口温度（t 1，t 1w ，℃）；连续变化的出口温度（t 2，℃）；当时相应的大气压力（B ，mmHg ）和流量计出口处的表压（Δh ，mmH 2O ）；电热器的输入功率（W ，W ）。 5、根据流量计进口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量(d ，g /kg (a ))，并根据下式计算出水蒸气的容积成分： /622 1/622 w d r d = + 6、根据电热器消耗的电功率，可算出电热器单位时间放出的热量（kcal /s ）： 3 4.186810W Q = ? 7、干空气质量流量（kg /s ）为：