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00热能动力类专业级实验
热能动力类专业级实验目录实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一 实验十二 实验十三 实验十四空气在喷管中流动性能的测定实验…………………………………………………1 空气横掠单管时平均换热系数的测定实验…………………………………………12 大容器内水沸腾放热实验……………………………………………………………17 S195型柴油机拆装实验……………………………………………………………???22 柴油机运转操作及负荷特性测定实验………………………………………………30 制冷装置性能测试实验………………………………………………………………33 离心水泵性能实验……………………………………………………………………41 燃烧学实验系统原理图、实验仪器仪表型号规格及燃料物理化学性质…………46 Bensun 火焰及 Smithell 法火焰分离…………………………………………………48 预混火焰稳定浓度界限测定…………………………………………………………50 气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定………………………………52 静压法气体燃料火焰传播速度测定………………………………………………54 本生灯法层流火焰传播速度的测定………………………………………………56 水煤浆滴的燃烧实验………………………………………………………………58 噪声测量与分析实验………………………………………………………………60i
空气在喷管中流动性能的测定实验实验一空气在喷管中流动性能的测定所属课程： 《工程热力学》 实验类别：热能动力类专业级 一、实验目的和任务1． 目的：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 管中流速、流量、压力变化的规律及有关测试方法。 2． 任务：分别对渐缩喷管和缩放喷管进行下列测定： 改变背压pb)时气流在喷管中的流量m； 绘制m-ph曲线； （1）测定不同工况(初压p1不变， 比较最大流量mmax的计算值和实验值；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；分别比较临界压力pc的计算值与实验值；观察和记录pc出现在喷管中的位置。 （3）通过电测装置，在X-Y记录仪上绘制出m-pb曲线和p-X曲线，并与所测定的m-pb 曲线和p-X曲线，分析异同点及原因。二、实验原理1． 在稳定流动中，任何街面上质量流量都相等，且不随时间变化，流量大小可由下 式决定：2 k +1 kAC p 2k p1 p2 k ? [( ) ? ( 2 ) m = 2 2 = A2 v2 k ? 1 v1 p1 p1式中：k―比热比（绝热指数，k=cp/cv） A2―出口截面积（m2）]（1）ν―气体比容（m3/kg）p―压力（Pa） 角注号：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p降至临界压力时，喷管 中的流量达最大值：2mmax = Aminp 2 k ?1 p1 1 2k = 0.685 Amin 1 = 0.0404 Amin p1 ( ) ? ν1 ν1 k +1 k +1 T1（2）临界压力pc的大小为：pc = (2 k ?1 ) p1 = 0.528 p1 k +11k（3）热能动力类专业级实验喷管中的流量m一旦到达最大值，再降低背压pb，流量m保持不变，流量m随背压pb的 变化管子的变化关系如图1、2所示： 缩放喷管与渐缩喷管的不同点是，流量达到最大值时的最高背压pb不再是pc，而应是 某一压力pf*。2．沿喷管轴线X各截面的压力p，在喷 管形状和工质的初态及背压一定时，可根据 连续性方程和状态方程计算而得，也可用实 验方法测得如图3、4所示的图形。2空气在喷管中流动性能的测定实验(1)图3所示的一组曲线表明，在理论上渐缩喷管内任何截面的压力都不可能低于临界 压力pc，当背压低于pc时，气流在管外继续膨胀。(2)图4所示的一组曲线表示在不同的背压pb下， 缩放喷管内各截面上压力p的变化情况。 当pb＜pd*，气流在管内膨胀不足，只能在管外继续膨胀。当pb=pd，气流在管内得到完全膨 胀，出口压力与背压pb一致，称为设计工况。相应地，称pb＜pd为超设计工况，pb＞pd为亚3热能动力类专业级实验设计工况，亚设计工况又可分为几种工况，当pd＜pb≤ pe*，气流在管内膨胀过度，出口压 ，使压力由pd升高至pb， 力仍为pd，但随即在出口产生斜激波（pb＜pe＝或正激波（pb= pe） 当pe＜pb≤pf，正激波由管口移到了管内，pb越高，越往前移。通过正激波压力跃升，气流 由超音速变为亚音速，然后沿扩大段扩压减速流至出口，压力等于背压pb，对于上述pb≤ pf 诸工况，喉部始终保持临界状态。当pb＞pf，整个喷管内都是亚音速气流。喉部不再是临 界状态，缩放喷管成为文德利管(渐缩管)。 注：pf、pd、pe请看图4。4空气在喷管中流动性能的测定实验三、实验装置实验装置由实验台本体、真空泵、电测仪器三大部分组成。 实验台本体结构如图5所示，空气自吸气口2进入气管1，流过孔扳流量计3，流量的大 小可以从U型管压差计4读出，该管5用有机玻璃制成，有渐缩和缩放两种形式如图6、7所 示，根据实验要求，可松开夹持法蓝上的螺拴，向左推开进气管的三轮支架6，变换所需的 喷管。喷管各截面上的压力是由插入喷管内的测压探针7连至可移动标准真空表8测得，他 们的移动通过手轮螺杆机构9实现。在喷管后的排气管上还装有背压真空表10、真空罐12， 起稳定背压的作用，罐内的真空度通过背压调节阀11来调节，为减少振动，真空罐与真空 泵之间用软管连接。 真空泵是1401型，排气量为3200升/分。 电测仪器包括：负压传感器，压差传感器，位移电位器，直流稳压电源，函数记录仪 等。 负压传感器、压差传感器、位移电位器分别将可移真空表、U型管压差计、测压探针 在该管内不同截面上的压力转换为电讯号输入记录仪，真接绘出实验曲线，以上电测仪器 均由直流稳压电源供电。5热能动力类专业级实验四、实验步骤分别对渐缩喷管和缩放喷管进行如下相同步骤； 1. 装好喷管。 2. 对真空泵作开车前检查(检查传动系统、油路、水路)。检查无问题后打开背压调节 阀，用手转动真空泵飞轮一周，去掉气缸中过量的油，开启电动机，当达到正常转速后可 开始实验。 3. 将测压探针上的测压孔移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时p2 = pb，改 变调节阀开度，调节背压pb自p1开始逐渐降低，记录在不同pb下的孔板压差Δp值，以备计 算流量及绘制m-pb曲线，实验时注意记下Δp开始达到最大值的pb，以求得pc及pf值。4．调节不同的pb，摇动手轮，使X自喷管进口逐步移至出口外一段距离，记录不同X 值下的p值，以测定不同工况下的p-X曲线。 5．接通电测仪器，分别记录m-pb曲线和p-X曲线。 6．停车。 7．认真做好原始记录。 (1)设备数据记录：设备名称、型号、规格等。 (2)常规数据记录：当地大气压力、室温、实验环境状况。 (3)技术数据及绘制的图形等记人附表内。五、实验数据整理1．因进气管中气流速度很低，在最大流量时，其数量级是1m/s所以可以近似认为初压 名p1和初温t1即是气流的总压和总温。初温t1等于大气温度ta，初压p1略低于大气压pa，可按p1 = pa ? 0.97Δp6空气在喷管中流动性能的测定实验计算。 2．孔板流量计流量的计算公式为：m = 1.373 × 10 ?4 Δpεβγ式中 ε ― 流速膨胀系数ε = 1 ? 1.373 × 10 ?4Δppaβ ― 气态修正系数β = 0.0538pa t a + 273.2γ ― 几何修正系数(需标定，本试验条件下γ =1)Δp ― U型压差计读数(mmH2O) pa ― 大气压力(Pa) ta ― 大气温度(℃) 图8为孔板流量计的mεβγ? Δp 的关系曲线六、实验报告：包括以下内容1. 简述实验原理与过程。 2. 各种数据的原理记录。 3. 实验结果整理后的数据，包括最大流量mmax、临界压力pc，以及m-pb曲线、p-X曲线， 分析实验值与计算值，分析测定曲线与函数记录仪绘制曲线异同点及其产生原因。 4. 通过实验的收获体会及对实验改进意见。七、思考题1. 何谓喷管的临界状态? 临界压力pc如何确定? 2. 渐缩和缩放喷管出口截面压力p2与背压pb之间有何关系? 3. 渐缩喷管的p2能降到临界压力pc以下吗? 缩放喷管的p2能将到pc以下吗? 4. 渐缩和缩放喷管的临界压力pc各出现的位置在何处? 各截面的流量相同吗?注：1. 表1、2在实验报告中一式二份，一份为渐缩喷管，一份为缩放喷管的记录。 2. 表1、2中的曲线用方格纸绘制，记录仪绘制曲线另附页。7热能动力类专业级实验8空气在喷管中流动性能的测定实验喷管实验记录(一)室温 t = 喷 管 型 式 喷管入口压力p1 绝对压力 真空度 (Pa) (Pa) 当时当地气压 p = 表1 主要参数 最小(或喉部)截面积： 喷管背压pb 喷 管 流 量 m 真空度 绝对压力 喷管压差Δp （kg/s） (Pa) (Pa) （mmH2O）测 定 的 流 量 背 压 曲 线(kg/s)p2/p 计算值 实验值 最大流量mmax (kg/s) 计算值 实验值临界压力pc (Pa)9热能动力类专业级实验喷管实验记录（二）喷管型式 喷管截面至 入口距离X (mm) 入口0 5 10 15 20 25 30 出口35 40 45 测 定 的 压 力 截 面 距 离 曲 线 p ( 105Pa)表二pb＜pc截 面 压 力(Pa) pb = pcpb＞pcX( mm )实验情况分析:10空气在喷管中流动性能的测定实验附录：计算机测试操作步骤1. 打开我的电脑。 2. 打开[C:]盘。 3. 打开喷管文件。 4. 打开Pg文件。 5. Initiation(初始化)： (1)Time of Sampling Set(设置采样时间)； (2)U-Shape Tube Max Pressure(设置U型管最大压差); (3)Mass Correct coefficient[／100](孔板流量计有压力损失，需要修正)； (4)关闭。 6. Msampling(测喷管流量)： (1)按Start键； (2)打开喷管阀门测量，直到采样结束； (3)按Cancel键； (4)按File键； (5)按Save键(存盘)； (6)输入文件名：***.Pgm； (7)按[确定]键； (8)按Print键； (9)按PrintMP键； (10)完成打印机准备工作； (11)按Mprint键； (12)按Stop键。 7. Psampling(测试喷管压力)： (1)调整工况，位移指针调到0处； (2)按Start键； (3)打开电机开关，位移指针到45mm处关掉电机开关，电机停止； (4)调整工况，位移指针调到0处，用同样方法采样，直到所需工况都测过为止； (5)屏幕显示所测过的喷管压力曲线； (6)存盘打印只能是最后一条曲线； (7)按Cancel键； (8)按File键； (9)按Save键； (10)输入文件名：***.Pgp； (11)按[确定]键； (12)按Print键； (13)按PrintPX键； (14)打印机准备好； (15)按Print键； (16)打印； (17)按Stop键，测试结束。11热能动力类专业级实验实验二空气横掠单管时平均换热系数的测定所属课程： 《传热传质学》 实验类别：热能动力类专业级热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件， 其外侧通常为流体横向掠过管子的强制 对流方式，因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热中的基本实验。本实验是 测定空气横向掠过单圆管时的平均换热系数。一、实验目的及要求1. 了解实验装置、熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用 方法。 2. 通过对实验数据的综合、整理，掌握强制对流换热实验数据整理的方法。 3. 了解空气横掠管子时的换热规律。二、基本原理根据对流换热的分析，稳定受迫对流的换热规律可用下列准则关系式来表示： Nu=f (Re, Pr ) 故上式简化为： Nu = f ( Re ) 努谢尔特数 雷诺数 (2.2) (2.1) 对于空气，温度变化范围又不大，上式中的普朗特数 Pr 变化很小，可作为常数看待。Nu = Re =αD λuDνW/(m2?℃)其中： α――空气横掠单管时的平均换热系数, u――来流空气的速度，m/ D――定型尺寸，取管子外径，m；λ――空气的导热系数，W/(m?℃) ν――空气的运动粘度，m2/s要通过实验确定空气横向掠过单管时 Nu 与 Re 的关系，就要求实验中雷诺数 Re 有较 大范围的变化， 才能保证求得的准则方程式的准确性。 改变雷诺数可以通过改变空气流速 U 及管子直径 D 来达到。改变流速 U 受风机压头及风量的限制。本实验采用不同直径的管子 作实验管，并在不同的空气速度条件下进行实验，就可以达到 Re 较大范围的变化。 因此要对不同直径的管子进行实验，测量的基本量为：管子所处的空气流速、空气温 度、管子表面的温度及管子表面散出的热量。然后将全部实验结果整理在一起，以求得换 热准则关系的具体表达式。12空气横掠单管时平均换热系数的测定实验三、实验装置及测量系统实验装置本体是由一风源和实验段构成。 风源为一箱式风洞，似一工作台。风机、稳压箱、收缩口都设在箱体内。风箱中央为 空气出风口，形成一有均匀流速的空气射流。实验段的风道直接放置在出风口上。风机吸 入口有一调节风门，可以改变实验段风道中的空气流速。 图 2-1 为测定空气横掠单管平均换热系数的实 验段简图。 实验段风道 1 由有机玻璃制成。实验管 2 为不 锈钢薄壁管，横置于风道中间。为了保证管子加热量 测量及管壁温度测量的准确性,管子用低压直流电直 接通电加热。管子两端经接座与电源导板 3 连接，并 易于更换不同直径的实验管。 为了准确测定实验管上 的加热功率， 在离管端一定距离处焊有二个电压测点 a，b，以排除管子两端的影响。铜―康铜热电偶 5 设 置在管内，在绝热条件下准确地测出管内壁温度，然 后确定管外壁温度。 图 2-2 为该实验装置及其测量系统简图。 实验管加热用的低压大电流直流电由硅整流电源 1 供给，调节整流电源输出电压可改图 2-1 实验段2-2 测定空气横掠单管平均换热系数的实验装置简图1. 电源；2. 风扇；3. 单管实验段；4. 标准电阻；5. 电位差计；6. 转换开关； 7. 分压箱 8. 热电偶热端；9. 热电偶冷端；10. 毕托管；11. 微压计；12. 单管试件13热能动力类专业级实验变对管子的加热功率。电路中串联一标准电阻 4。用电位差计 5 经转换开关 6 测量电阻 4 上 的电压降，然后确定流过不锈钢管的电流量。实验管两测压点 a，b 间的电压亦用电位差计 测量。由于受电位差计量程限制，测量 a，b 间电压的电路中接入一分压箱 7。 为了简化测量系统，测量管内壁温度 t1 的热电偶，其参考点温度不是摄氏零度，而且 来流空气温度 tf 。即热电偶的热端 8 设在管内，冷端 9 则放在风道空气流中。所以热电偶 反映的为管内壁温度与空气温度之差 t1-tf 的热电势 E(t1，tf)，亦经过转换开关，用同一电位 差计测量。 风道上装有毕托管 10，通过倾斜式微压计 11 测出实验段中的空气流的动压Δh，以确 定实验段中空气流的速度 U。 空气流的温度 tf 用水银温度计测量。四、实验步骤1. 连接并检查所有线路和设备。将硅整流电源电压调节旋钮转至零位。然后接通风机 电源，调节风门至最大风量。再接通整流电流，将电流调到指定的参考值。待微压计、热 电偶读数稳定后即可测量各有关数据。 2. 保持加热功率基本不变，调风门大小，稳定后又可测到一组数据。实验时对每一种 直径的管子，空气流速可调整 4-5 个工况。加热电流及电压可保持不变，亦可根据管子直径 及风速大小适当调整，保持管壁与空气间有适当的温差。每调整一个工况，须待微压计、 热电偶读数等稳定后方能测量有关数据。五、实验数据的计算与整理实验用不锈钢管： 共六根直径 D = 2.5?7.3mm 范围 管长为 160mm 测压点 ab 间距离约 100mm。 1． 空气来流速度 u(详见附录 A)u=2 × 9.81ρ? Δhm/s(2.3)其中：Δh――毕托管测得空气流的动压，mmH2O；ρ――空气密度，kg/m32． 管壁温度 tw 由铜―康铜热电偶测得的热电势 E(t1 , t2)，可按传热学实验附录 B 确定内壁温度 t1。 （根 实验管为有内热源的圆筒形壁，且内壁绝热，因此，内壁温度 t1 大于外壁温度 tw。 。由于所用管壁很薄，仅 0.2?0.2mm，且 据管内壁温度可以计算外壁温度 tw，详见附录 C） 空气队管外换热系数小，可足够准确地认为 tw=t1。 3． 流过实验管的电流 I 标准电阻为 150A/75mV，所以测得标准电阻上每 1mV 的电压降等于 2A 电流流过， 即：14空气横掠单管时平均换热系数的测定实验I = 2 × V1 A 其中：V1――标准电阻两端的电压降，mV。 4． 实验管工作段 ab 间的电压降 V V V = T × V2 × 10-3 其中：T――分压箱倍率，T = 201； V2――ab 间电压经分压箱后测得的值，mV。 5． 实验管工作段 ab 间的发热量 Q Q=IV W(2.4)(2.5)(2.6)6．空气流对管外壁的平均换热系数αα=Q A(t w ? t f )W/(m2°C)(2.7)其中：A――电压测点 ab 间实验管的外表面积，m2。 7． 换热准则方程式 根据每一实验工况所测得的值，可计算出响应的 Nu 值及 Re 值。在双对数坐标纸上， 以 Nu 为纵轴，Re 为横轴，将各工况点出，它们的规律可近似地用一直线表示： 即：lgNu = a + mlgRe 则 Nu 和 Re 之间的关系可近似表示为一指数方程的形式： Nu = CRem 其中 a = lgC， 如用：x = lgR y = lgNu , y = a + mx 根据最小二乘法原理，系数 a 及 m 可按下式计： 则可表示成： (2.9) (2.8)∑ xy ∑ x ? ∑ y ∑ x (∑ x ) ? n∑ x ∑ x ∑ y ? n ∑ xy m= (∑ x) ? n∑ xa=2 22 22其中：n――实验点的数目； xy = (lgRe)(lgNu); x2 = (lgRe)2。 在计算 Nu 及 Re 时，所用的空气物性参数λ、ν，以边界层的平均温 tm = 性温度，查有关表格。tw + t f 2为定15热能动力类专业级实验六、实验报告要求及注意事项实验报告要求： 1． 在双对数坐标纸上绘出各实验点，并用最小二乘法求出准则方程式。 2． 将实验结果与有关参考书给出的空气横掠单管时换热系数的准则方程式与线路图 进行比较。 注意事项： 1． 首先了解整个实验装置各个部份，并熟悉仪表的使用，特别是电位差计必须按操 作步骤使用，以免损坏仪器。2．为确保管壁温度不致超出允许的范围，启动及工况改变时都必须注意操作顺序。启动时必须先开风机，调整风速，然后对实验管通电加热，并调整到要求的工况。注意电 流表上的读数，不允许超出工作电流参考值。实验完毕时，必须先关加热电源，待试件冷 却后，再关风机。16大容器内水沸腾放热实验实验三大容器内水沸腾放热实验所属课程： 《传热传质学》 实验类别：热能动力类专业级液体沸腾时的传热是传热学科中的重要方面，特别是水的沸腾传热特性，不仅有其典型 性，而且有更广泛的使用意义。一、实验目的及要求通过本实验观察水在大容器内沸腾的现象，建立起水泡状沸腾的感性认识。改变试件 的热负荷，同时测定加热功率及表面温度，即可绘制大容器内水泡状沸腾区的沸腾曲线 q?Δt 。二、基本原理大容器沸腾换热系数α由下式定义：α=q ( t 2 ? ts )W（/m2?k）(3.1)其中：q―试件表面的热流密度，W/m2 ; t2―试件表面温度，℃； ts―工作介质的饱和温度，℃。 本实验装置所用的试件是不锈钢管，放在饱和温度状态下的蒸馏水中。利用电流流过不 锈钢管对其加热，可以认为这样就构成了表面有恒定热密度的圆管。测定流过不锈钢圆管的 电流及其两端的电压降即可确定表面的热流密度。表面温度的变化直接反映出表面换热稀疏 的大小。三、实验装置及测量系统图 3-1 大容器内水沸腾放热试件本体1. 不锈钢试件；2. 热电偶；3. 电极管；4. 玻璃容器；17热能动力类专业级实验图 3-1 为实验设备的本体，其试件为不锈钢薄壁管 1。其两端通过电极管 3 引入低压直 流大电流，将不锈钢管加热。管子放在盛有蒸馏水的玻璃容器 4 内，在饱和温度下，调节电 极管的电压，可改变管子表面的热负荷，能观察到汽跑的形成，扩大，跃离过程，泡状核心 随着管子热负荷提高而增加的现象。 管子的发热量由流过它的电流及其工作段的电压将来确定。为排除试件端部的影响，在 a、b 两点测量工作段的电压降，以确定通过 a、b 之间表面的散热量 Q。试件外壁温度 t2 很 难直接测定，对不锈钢管时间，可利用插入管内的铜―康铜热电偶 2 测出管内壁温度 t1，再 通过计算求出 t2（详见传热学实验附录 C） 。 要达到上述基本要求，整个实验装置见图 3-2。 加在管子两端的直流低压大电流由硅整流器 2 供给， 改变硅整流器的电压可调节钢管两 端的电压及流过的电流。测定标准电阻 3 两端的电压降可确定流过钢管 1 的工作电流。图 3-2 大容器内水沸腾放热实验装置简图1. 试件本体；2. 硅整流器；3. 标准电阻；4. 分压器；5. 转换开关； 6. 电位差计；7. 热电偶热端；8. 热电偶冷端；9. 辅助电热器；10. 冷却管本实验台中为方便起见，省略了冰瓶，测量管内壁温的热电偶的参考点温度不是摄氏零 度，而是容器内水的饱和温度 ts，即其热端 7 放在管子内，冷端 8 放在蒸馏水中，所以热电 偶反映的是管内壁温度与容器内水温之差的热电偶输出 E（t1，ts） 。容器内水温 ts 用水银温 度计测量。为了能用一台电位差计 6 同时测定管内壁热电偶的毫伏值、试件 ab 间电压降及 标准电阻的电压降， 装有一转换开关 5。 在测量试件 ab 间电压降时， 由于电位差计量程不够， 故在电路中接入一台分压箱 4。为使蒸馏水达到饱和温度，实验前先用辅助电热器 9 将水加 热到沸腾，并保持其沸腾状态，即可开始实验。 做泡状沸腾换热实验时，选用其中任何一种直径的不锈钢管皆可。四、实验步骤1． 准备与启动。按图 3-2 将实验装置测量线路接好，调整好电位差计，使其处于工作 状态。玻璃容器内充满蒸馏水至 4/5 高度。接通辅助电热器，将蒸馏水烧开，并维持其沸腾18大容器内水沸腾放热实验温度。启动硅整流器，逐渐加大工作电流。 2． 观察大容器内水沸腾的现象。 缓慢地加大管子的工作电流，注意观察下列的沸腾现象：在钢管的某些固定点上逐渐形 成汽泡，并不断扩大，达到一定大小后，汽泡跃离管壁，渐渐上升，最后离开水面。产生汽 泡的固定点称为汽化核心。汽泡跃离后，又有新的汽泡在该汽化核心产生。如此周而复始， 有一定的周期。随着管自工作电流增加，热负荷加大，管壁上汽化核心的数目增加，汽泡跃 离的频率也相应加大。如热负荷增大至一定程度后，能产生的汽泡就会在管壁面逐渐形成连 续的汽膜，就由泡态沸腾向膜态沸腾过渡。此时壁温会迅速升高，以至将管子烧毁。 （因此， 实验中工作电流不允许过高，以防出现膜态沸腾。 ） 3． 测定放热系数 α 为了确定放热系数 α ，需要测定下列参数 （1） 容器内水的饱和温度 ts，℃； （2） 标准电阻两端电压降 V1，mV； （3） 管子工作段 ab 间的电压降Ｖ，V； （4）反映管内壁温度与容器内水温之差的热电势输出 E（t１，ts） ，毫伏，并由 E（t１， ts）确定管壁温度 t１（详见传热学实验附录Ｂ） 。 为了测定不同热负荷下放热系数 α 的变化，工作电流在 30~95 安培范围内改变，共测 ７至８个工况。每改变一个工况，待稳定后记录上列数据。 ４．实验结束前先将硅整流器旋至零值，然后切断电源。 ５．必要时可调换不同直径的不锈钢管子，进行上述实验。五、实验数据的计算和整理表 3.1参 数试件的几何参数1# 试 件 编 号 2# 3# 4#单位 mm mm mm m2 m ℃/W管子内半径 r1 管子外半径 r2 管子壁厚δ 工作段 ab 间长度 L 工作段外表面积 F=2πr2L 2 系数 ξ = 1 (1 ? 2r1 ln r2 ) 2 4πLλ r2 ? r12 r1１． 电流流过实验管，在工段 ab 间的发热量 Q： Q＝I×V Ｗ (3.2) 式中: V――工作段 ab 间电压降， V； I――流过试件的电流， A 电流由它流过标准电阻 3 产生的电压降 V1 来计算。因为标准电阻为 150A/75mv，所以 测得标准电阻 3 上每 1mv 电压降，等于有 2A 的电流流过，即 I=2×V1 电压降由下式求得：19A(3.3)热能动力类专业级实验V=T×V2×10-3 其中：T――分压箱倍率，T=201； V2――试件 ab 间的电压经分压箱后测得的值，mV。 ２． 试件表面热负荷 q： q=Q/F W/m2 m2(3.4)(3.5)式中：F――工作段 ab 间的表面积，３． 管子外表面温度 t2 的计算（详见传热学实验附录 C） 试件为圆管时，按有内热源的长圆管，其管外表面为对流放热条件，管内壁面绝热时， 根据管内壁温度可以计算外壁温度：t 2 = t1 ? (1 ?2r12 r ln 2 ) = t1 ? ξQ 2 2 r2 ? r1 r1W； m；(3.6)式中：λ――不锈钢导热系数， λ=16.3W/(m?k)； Q――工作段 ab 间的发热量， L――工作段 ab 间的长度，ξ――计算系数， ξ =1 4πλL(1 ?2r12 r ln 2 ) 2 2 r2 ? r1 r1℃/W。４． 泡态沸腾似的放热系数 α 在稳定情况下，电流流过实验管发生的热量，全部通过外表面由水沸腾放热而带走。α = Q/FΔt = q/(t2-t1), 六、实验报告要求及注意事项实验报告要求：W/(m2?K)。(3.7)1．在方格纸上，以 q 为纵坐标、Δt 为横坐标将各实验点绘出，并连成曲线 2．将实验结果与逻逊瑙整理推荐的泡态沸腾热负荷 q 与温差Δt 的关系式：C p 1 Δt r= C sf Pr1.7 {q σ [ ]0.5 }0.33 μ1r g ( ρ1 ? ρ 2 )(3.8)进行比较，分析讨论系数 Csf 变化带来的影响。 3．纸上绘制 α -Δt 曲线。 注意事项： 1．预习实验报告，了解整个实验装置各个部件，并熟悉仪表的使用，特别是电位差计， 必须按操作步骤使用，以免损坏仪器。 2．为确保实验管不致烧毁，硅整流器的工作电流不得超过 100 安培，以防实验管及硅 整流器损坏。20大容器内水沸腾放热实验表 3.2项目 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 参数实验原始数据记录及参数计算2 3 4 5 6 7 8沸腾水饱和温度 管内壁温与水温之差的 E(t1, ts) mV 热电势输出 试件 ab 间电压经分压箱 V2 mV 后测得的值 V1 mV 标准电阻两端电压降 t1 ℃ 管内壁温度 V V=T*V2*10-3 管子 ab 间电压降 A I=2*V1 管子工作电流 Q=V*I W 管子放热量 t2=t1-ξQ 管子外壁温度 ℃ q=Q/F W/m2 管子表面热负荷 Δt=t2- t1 沸腾放热温差 ℃ α=Q/FΔt W/(m2?℃) 水沸腾放热系数符号及计算 工况 1 公式 单位 ts ℃所用实验管编号： 实验管直径： 工作段长度： D2= L= 系数： ξ= 最大允许工作电流： Imax=工作段表面积： F=21热能动力类专业级实验实验四S195型柴油机拆装实验所属课程： ①《热能与动力工程基础》 ； ②《内燃机原理》 ； ③《车用发动机构造》 。 实验类别：热能动力类专业级 一、实验目的通过柴油机拆装实验，了解发动机主要构成系统和拆装流程，了解发动机主要零部件 的构造和功能。通过自己动手拆装，学会使用拆装发动机的常用工具和专用工具。二、实验要求1．根据实验指导书的要求，仔细观察解体对象，制定拆卸方案和步骤； 2．通过拆卸柴油机的冷却系统、润滑系统、供油系统、配气系统、起动系统及主要固定 件、运动件等，加深了解柴油机的基本工作原理； 3．根据指导教师的要求，自己动手拆卸柴油机，并按序恢复； 4．学会使用拆装柴油机的常用工具和专用工具； 5．注意安装间隙和各螺钉的预紧力； 6．仔细观察柴油机名牌上的参数及各主要部件、组件位置与系统构成，按顺序拆卸； 7．拆装、安装完毕后，起动柴油机，观察运转是否正常； 8．操作时，应严格遵守老师的指导，认真操作。三、实验步骤1．从外观上看清柴油机的主要构成系统、位置及主要部件； 2．拆卸冷却水箱上盖，了解柴油机的冷却部件； 3．拆卸空气滤清器和进、排气管； 4．关闭燃油管上的阀门，拆卸燃油管与燃油滤清器连接螺栓； 5．有时间时可拆卸燃油滤清器； 6．排泄润滑油，拆卸油底壳； 7．松开油泵出口连接螺母，拆卸调速器盖板；有时间时可拆卸高压油泵； 8．拆卸柴油机的气缸盖总成； （1）松开气缸盖上的所有油管接头； （2）松开气缸盖螺栓； （3）拆卸气缸盖板； （4）取出气门挺杆； （5）拆卸气门摇臂； （6）卸下气缸盖；22S195 型柴油机拆装实验（7）有时间时可拆卸气门及燃油喷油器。 由于时间限制，对活塞、连杆等主要运动件将不进行拆装。 9．按序恢复、安装好柴油机， （恢复时，只要将原有的顺序倒做即可） ，注意各齿轮的相 对位置对号；注意各安装间隙(进气门间隙 35 丝，排气门间隙 45 丝，注意调整间隙时进、排 气凸轮的圆柱面应同时对准气门挺杆接触面)；注意螺钉预紧力(气缸盖螺栓预紧力为 245N?m)；注意气缸盖恢复时油泵滚轮应对准凸轮圆柱面。 10．逐段排除燃油管中的空气，检查油路是否正常； 11．起动发动机运转。四、注意事项1．拆卸时，应牢记每一个零部件的拆卸过程及复原过程，将解体零部件按拆卸先后顺序， 整齐排列在盛器内； 2．安装时，应根据各零部件的装配要求，反复检查零部件接触面的清洁及润滑情况，零 部件之间应注意配合和转动情况，紧固件应注意预紧力； 3．安装完毕后，检查柴油机的运转情况； 4．在起动柴油机时，应听从老师的指导，严格遵守安全操作规程。五、实验思考题1．了解该机型铭牌上标出的主要性能和结构参数。 了解该机型冷却形式。哪些零部件需要用冷却水冷却？ 2．了解该机润滑系统形式。哪些零部件需要润滑？ 3．了解该机起动的方式和与此相关的主要部件有哪些？ 4．了解曲轴的基本结构。思考为何该机的飞轮特别大？ 5．了解配气凸轮的位置、配气机构的总成构造。 6．了解燃油系统的主要部件及其功能。 7．了解调速器的基本工作原理及柴油机安装调速器的目的。 8．了解活塞连杆组的基本构造和功能。 9．为什么进气门比排气门截面积大？ 10．进、排气门摇臂间隙为何不同？六、参考文献1． 《汽车构造》陈家瑞编机械工业出版社 1995 年 2． 《内燃机学》周龙保编机械工业出版社 1998 年 3．热能与动力机械基础王中铮机械工业出版社 1999 年23热能动力类专业级实验24S195 型柴油机拆装实验图二电起动部件及零件数量 1 1 2 3 1 15 6 1 1 1 1 2 5 1 3 1 1 1 1 1 1 1 2 4 2 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1序号 名称 代号 1 油箱总成 195NM―07500 2 QD1202A 起动机 3 螺栓 M10*28 GB 垫 圈 10 GB93―87 5 铭 牌 195NM―10004Y 6 起动机垫片 195NM―01035 7 垫 圈8 GB93―87 8 螺栓 M8*25 GB 上 盖 195M―01011 10 三角胶带 B――900 GB 发电机销子 195M―01037 12 发电机底板 195NM―01038 13 螺栓 M8*20 GB 垫 圈8 GB97.1―85 15 发电机撑板 195M―01036 16 螺栓 M8*45 GB 短塑料软线 195M―01300 18 发电机正极塑料软线 195NM―24230 19 发电机 F 极塑料软线 195NM―24210 20 发电机负极塑料软线 195NM―24220 21 塑料软管 ?11*1*200 HG2―536―67 22 夹 管 195M――01040 23 螺栓 M8*30 GB 绝缘垫圈 195M―01041 25 垫圈 8（T3） GB97.1―85 26 螺母 8（T3） GB JX5―1005 接线条 28 垫 圈3 GB97.1―85 29 螺钉 M3*20 GB67―85 30 垫 圈3 GB93―87 31 螺栓 M8*30（T3） GB 接 线 板 195M―01039 33 JFZ1211ZN 整体式交流发电机 34 飞轮皮带轮 195NM―05001 35 螺栓 M8*45（T3） GB 飞轮 195M―05004 37 齿 圈 195M―05008 38 螺母 M10 GB 起动机开关引出线 195M―24500 40 起动机正极引出线 195M―2470025热能动力类专业级实验图三 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 名称 大皮带轮 螺栓 M6*22 垫 圈6 张紧轮轴 张紧轮支架 垫 圈 10 垫 圈 10 张 紧 轮 螺栓 M10*80 轴承 60202 密 封 圈 挡 圈5 套 圈 垫 圈 12 螺母 M12 风 扇 带传动部件 代号 195N―06015 GB5783―86 GB93―87 195L――L―06010 GB97.1―85 GB93―87 195N――06006 GB5782―86 GB278―89 195N――06028 GB893.1―86 195N―06029 GB93―87 GB6170―86 HG4―401―74数量 1 3 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 126S195 型柴油机拆装实验序号 1 2 3 4 5 6 7图四 水散热器部件 名称 代号 下水箱 195N―06001 水箱芯子垫片 195N―06011 水散热器总成 螺栓 AM6*16 GB898―88 垫 圈6 GB97.1―85 垫 圈6 GB93―87 螺母 M6 GB6170―80数量 1 1 1 14 14 14 1427热能动力类专业级实验图五序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 名称 螺母 M12*1.25 垫 圈 12 叶 轮 叶轮套圈 铆钉 4*12 轴承 60201 垫 片 螺 母 M8 垫 圈8 垫 圈8 螺栓 M8*30 风扇罩壳 键 5*10 风 扇 轴 螺栓 M10*60 垫 圈 10 垫 圈 10 小皮带轮 调整垫片 轴承 60202 端 盖 螺钉 M4*12风扇部件代号 GB6173―86 GB856―88 195N―N―06203 GB867―86 GB278―89 195N―06035 GB6170―86 GB97.1――85 GB93―87 GBN―06201 GBN――06206 GB5782―86 GB93―87 GB97.1――85 195N―N―06034 GB278―89 195N―06208 GB68―85 28 数量 2 1 1 1 4 1 2 2 2 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 3S195 型柴油机拆装实验图六序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称 螺栓 M8*20 垫 圈 垫 圈 风 窗（1） 水 箱 罩 接头螺钉（B） 接头螺钉（A） 螺栓 M8*16 垫 圈 垫 圈 螺钉 M4*12 风 窗（2）水箱罩部件代号 GB5783―86 GB93―87 GB97.1――85 195N―016 195N―N―06002 GB5783―86 GB97.1――85 GB93―87 GB67―85 195N―0603129数量 2 4 4 1 1 2 2 2 8 8 8 1热能动力类专业级实验实验五柴油机运转操作及负荷特性测定实验所属课程： ①《热能与动力工程基础》 ； ②《内燃机原理》 。 实验类别：热能动力类专业级 一、实验目的1. 2. 3. 通过实验操作了解柴油机的运转过程，从而对发动机运行有感性认识； 学习柴油机负荷特性的测定方法； 学习实验数据处理技术。二、实验设备1．实验台架（一） （1）295 型柴油机一台：额定功率 17.6kW，额定转速 2000r/ （2）GW63 电涡流测功器一台；额定吸收功率 63kW，额定扭矩 250N?m，最高转速 9000r/min。 （3）FC2000 发动机自动测控系统； （4）FC2210 智能油耗仪。 2．实验台架(二) （1）TY295 柴油机一台：标定功率 18.38kW，标定转速 2300r/ （2）GW63 电涡流测功器一台；额定吸收功率 63kW，额定扭矩 250N?m，最高转速 9000r/min。 （3）FC2000 发动机自动测控系统； （4）FC2210 智能油耗仪。三、实验内容1．发动机运行操作 2．负荷特性的测定 负荷特性是发动机在固定不变的转速下（通常指额定转速） ，耗油量 be、耗油率 ge、 排气温度 Tr 等参数与有效功率 Pe（或平均有效压力 pme）之间的变化关系。 另需记录以下参数：冷却水温、机油温度、机油压力、环境温度、大气压力、大气 湿度。30柴油机运转操作及负荷特性测定实验四、实验操作步骤 （一）发动机的运转操作发动机的运转操作一般可归纳成起动、运行、停机三个阶段。 1、 起动前的检查与准备 （1） 起动前的检查归纳为“三查” ，即 查油：检查燃油的供给是否正常，管路是否畅通，操作是否灵活； 查水：检查发动机冷却水箱内是否有足够的存水，水质如何，所有管路是否畅通； 查电：检查电源是否正常。 （2） 起动前的准备目的在于保证发动机能够迅速、 轻快地起动， 并能立即正常、 安全地运转。 归纳为 “三 个要素” ※ 供油：将供油系统中有关阀门打开，并将操作手柄放在起动位置； ※ 供水：打开发动机和测功器冷却水系统的有关进、排水阀； ※ 供电：打开仪器、仪表及启动器电源。 2、 发动机在运行时的注意事项： （1） 当发动机起动运行后，应着重用耳听运行时发出的声音是否有节奏且均匀，如有异常立即停机； （2） 仔细观察排气的烟色，正常运行时排气烟色应是淡灰色的，若发现下列现象，即为不正常 冒黑烟 ―― 表示燃烧不良，过载； 冒白烟 ―― 表示燃油未完全燃烧或冷却水渗入缸内； 冒蓝烟 ―― 表示润滑油上窜严重。 （3） 运行时还应特别注意观察各测试仪表的变化情况，如温度计、压力表等，一旦发现异常也应立即停机； （4） 在发动机运行中，还需观察发动机各系统管路有无漏油、漏水、漏气现象，运转中不应有异样的气味； （5） 3、 停车 （1） 首先应将发动机卸载； （2） 使发动机低速运行一定时间后，等水温、油温开始下降时才能停车；31排气管属高温区域，严禁用手、脚直接接触。热能动力类专业级实验（3） 停车后关闭有关阀门； （4） 清洁发动机，关闭相关设备以及测试仪器仪表的电源。（二）具体操作事项打开所有测试设备仪器仪表电源后，检查设备及仪器仪表的运行状况是否良好。 采用 n/M 控制模式进行负荷特性实验 1．实验台（一） 启动 295 型发动机， 待运转稳定、 水温和油温升至 70℃后， 逐步加速至额定转速 2000r/min， 接着打开水力测功器进水阀门，对发动机加载。测量工况为额定功率的 25%、50%、75%、 100%四个点， （每次测量应待发动机运转稳定后进行） ，每个工况点记录数据 2 次，时间间隔 2~3 分钟（取平均值） 。 2．实验台架（二） 启动 TY295 型发动机，待运转稳定、水温和油温升至 70℃后，逐步加速至额定转速 2300r/min， 增大电涡流测功器的励磁电流， 对发动机加载。 测量工况为额定功率的 25%、 50%、 75%、100%四个点， （每次测量应待发动机运转稳定后进行） ，每个工况点记录数据 2 次，时 间间隔 2~3 分钟（取平均值） 。五、数据整理与实验报告实验报告包括以下内容： （1） 实验的目的、内容及所用设备； （2） 数据整理成表格并绘制 Tr、be ― Pe（或 Pme）特性曲线； （3） 对实验结果的讨论。32制冷装置性能测试实验实验六制冷装置性能测试实验所属课程： 《热能与动力工程基础》 ； 实验类别：热能动力类专业级一． 实验目的1. 熟悉制冷系统的运行性能及参数； 2. 了解空气被冷却和加热的过程； 3. 掌握制冷量的测试方法。二． 实验装置实验装置为一分体式热泵空调，装置原理图及电气原理图见附图1及附图2。 其主要设备如下： 翅片式热交换器2个(室内机和室外机) 贯流风机1个，轴流风机1个 压缩机1台 毛细管(节流元件) 装置的主要技术参数制冷量 制热量 额定功率 制冷 制热 额定电压 制 制冷剂 室内循 冷 制冷 制热 剂 注入量 环风量 额定电流 5.5A R22 0.86kg 550m3/h1. 2. 3. 4.型号KFR-32GW W W 220V/50Hz三． 测试仪器1. 2. 3. 4. 5. 6.温度传感器 精密压力表 多点温度测试仪 测功仪 转子流量计 热球风速仪四． 实验步骤1. 制冷装置的启动运行 开启实验装置，设定控制温度。观察系统各运行参数 pk(冷凝压力)、p0(吸气 压力)、输入功率 P、蒸发器(室内机)出风温度 tod1(巡测仪第14号测点)、制冷剂流 量 qvref 是否稳定。 2. 制冷装置的运行参数测定 1) 观察制冷装置各运行参数的变化情况(从开机到稳定工况)，待压缩机进、 出口压力稳定约10分钟后，记录环境参数(测试前后各记录一次)： 大气压力：pa(hPa)33热能动力类专业级实验内、外室温度及湿度：ti(℃)、to(℃)；ρi(%)、ρo(%) 2) 记录制冷装置以下各运行参数(共2次,每次间隔3分钟)： 吸气压力(蒸发压力) p0 (MPa) 排气压力(冷凝压力) pk (MPa) 吸气温度 t0 (℃) 排气温度 tk (℃) 制冷剂流量 qvref (m3/s) 输入功率 P (kW) 蒸发器(室内机)进风干球温度 tid(℃)、湿球温度 tiw(℃) 蒸发器(室内机)出风干球温度 tod(℃)、湿球温度 tow(℃) 蒸发器(室内机)进风风速 ci (m/s) 蒸发器(室内机)进风面积 Ai (m2) 冷凝器(室外机)进风干球温度 tcid(℃)、湿球温度 tciw(℃) 冷凝器(室外机)出风干球温度 tcod(℃)、湿球温度 tcow(℃) 冷凝器(室外机)进风风速 cci (m/s) 冷凝器(室外机)进风面积 Aci (m2)五． 制冷量计算1. 室内侧计算 Qi =ρ×qvi×(hi-ho) (kW) 式中 ρ ――进风空气密度 (kg/m3) qvi ――进风空气容积流量 qvi = (ci 上×Ai 上)+ (ci 正×Ai 正) hi ――进风空气焓 (kJ/kg) ho ――出风空气焓 (kJ/kg) 2. 室外侧计算 Qo =ρco×qvco×(hco- hci)－P＋(0.05～0.06) (kW) 式中 ρco ――出风空气密度 (kg/m3) qvco ――出风空气容积流量 qvco=cco×Aco (m3/s) hci ――进风空气焓 (kJ/kg) hco ――出风空气焓 (kJ/kg) P ――输入功率 (kW) (0.05～0.06) ―― 2个风扇功率 (kW) 3. 制冷剂侧计算 Qref = qmref×(h0- hk) (kW) 式 中 qmref ――制冷剂循环质流量 qmref = ρref×qvref (kg/s) hk ――制冷剂进蒸发器焓 (kJ/kg) h0 ――制冷剂出蒸发器焓 (kJ/kg)(m3/s)34制冷装置性能测试实验六． 实验数据记录表 表一序号 测量参数环境参数记录表符号 单位 第1次数据 第2次数据1 2 3 4 5 6 7大气压力 内室环境温度 内室空气相对湿度 外室环境温度 外室空气相对湿度 室内机进风面积 室外机出风面积 表二pa ti ρi to ρo Ai 上 Ai 正 AcohPa ℃ % ℃ % m2 m2 m20. 0.1307温度巡测仪记录表符号 单位 第1次数据 第2次数据序号测量参数1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16(0)压缩机吸气温度 压缩机排气温度 冷凝器进风干球温度 冷凝器进风湿球温度 冷凝器排风湿球温度 冷凝器排风干球温度 备用 备用 蒸发器进风湿球温度1 蒸发器进风干球温度1 蒸发器进风干球温度2 蒸发器进风湿球温度2 蒸发器排风湿球温度1 蒸发器排风干球温度1 蒸发器排风湿球温度2 蒸发器排风干球温度2t0 tk tcid tciw tcow tcod / / tiw1 tid1 tid2 tiw2 tow1 tod1 tow2 tod2℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ / / ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃ ℃/ // /35热能动力类专业级实验表三序号 测量参数制冷装置运行参数(非温度)记录表符号 单位 第1次数据 第2次数据1 蒸发(吸气)压力 p0 MPa 2 冷凝(排气)压力 pk MPa 3 制冷剂循环质容积流量 qvref L/h 4 工作电压 U V 5 工作电流 I A 6 功率因数 cosφ / 7 输入功率 P kW c 上 m/s 8 蒸发器(室内机)进风风速 i ci 正 m/s 9 冷凝器(室外机)出风风速 cco m/s 七． 实验报告要求1. 2. 3. 4. 5.简述实验原理及测点布置原则； 简述实验设备和仪器仪表的名称、规格、型号等； 原始数据整理； 实验数据处理； 结果分析、实验小结与体会等。36制冷装置性能测试实验附：QDF-2A 型热球式点风速计使用说明1．使用前观察电表的指针是否指于零点，如有偏移可微调调零旋扭，使指针回到零位。 2．“校正开关“置于“断”的位置,“电源选择”开关置于选用电源处。如用外接电源， “电 源选择”开关拨至“外接”位置，将两组直流电源(1组1.5V,1组4.5V)分别接在“外接电源” 接线柱上，极性勿接错“如用仪器内部电池盒” ，极性勿接错。将测焊插头插在插座内，测 焊垂直向上放置，螺塞压紧使探头密封。 3．“校正开关“置于“满度”位置，慢慢调整“满度调节”旋钮，使电表指在满刻度的位 置。 4． “校正开关”置于“零位”的位置，慢慢调整“粗调” “细调”两旋钮，使电表指在零 点位置。 5．经以上步骤后，轻轻拉动螺塞，使测杆探头露出(长短可根据需要选择)，即可进行测定， 测定时测头上的红点对准风向，从电表上读出风速的大小，根据电表读数，查阅所供应的校 正曲线查出被测风速。 6．在测定若干分钟后(10分钟)将测杆螺塞压紧探头密闭，必须重复以上3、4步骤一次，以 保证测量的准确性。 7．测量完毕后， “校正开关”置于“断”的位置。注意事项1．在风速测定中，无论测杆如何放置(垂直向上，倒置或水平放置)探头上的红点一边必须 面对风向，在进行“满度” “零位”调整时(使用说明中的第3、4步骤)测杆必须垂直向上放置。 2．仪器内装有四节电池，分成两组，一组是三节串联的，一组是单节的，在调整“满度 调节”旋钮时如果电表不能达到满刻度，说明单节电池已枯竭。在调节“零位调节”旋钮时， 如果表针不能回到零点，说明三节电池已枯竭，应予以更换。更换时将仪器底部的小门打开， 按正确方向装上电池。 3．仪器在使用过程中，如被测风速比较稳定而表针突然变化较大或测量误差过大，应用 万用电表 ?X10K 挡测量一下探头敏感元件――热球中的加热丝与热电偶之间的绝缘电阻应 不少于500k?。如电阻减少，说明敏感元件损坏，应进行返修。 4．测杆引线不能随意加长或缩短，如果导线有变动，仪器须重新校对后可使用，否则加 大测量误差，如当地无校正设备可与原厂联系。 5．仪器内可调电位器不得轻易调整，动后要重新校对。 6．在使用 QDF-3型热球式电风速计时，在测量10m/s 以上风速时，切记在调完满度后，在 “低速”挡进行调零，然后把“校正开关”拨至“高速”挡即可进行高速测量，而不需要在 “高速”挡进行任何调整。 7．如果敏感部件――热球上有粉尘，可将探头在无水乙醇中轻轻摆动去掉粉尘，切不可 用毛刷清洗，以免损坏热球及使热球位置改变，影响测量准确度。37（室内机） 湿球温度 （进风） 干球温度 室外机 湿球温度 （进风） 干球温度蒸发器 排气温度 四通换向阀 冷凝器 干球温度 （出风） 湿球温度 排气压力 吸气温度 干球 湿球温 温度 度（出 风）热能动力类专业级实验38吸气压力压缩机消音器、气液分离器 流 量 计 （节流阀） 毛细管图1 制冷装置工作原理图制冷装置性能测试实验图 2 制冷系统电气原理图39热能动力类专业级实验图3制冷剂 R22 p-h 图40离心水泵性能实验实验七离心泵性能实验所属课程： 《热能与动力工程基础》 ； 实验类别：热能动力类专业级离心泵的结构比较简单，但流体在泵中的运动十分复杂，至今还不能完全用解析的方 法来确定泵在不同工况下的特性。因此，泵的实验对于泵的设计、生产和使用都具有重要 意义。通过实验可以鉴定产品的质量、性能指标，也可以证实或暴露原设计中的经验和问 题，积累宝贵的资料从而能够改进设计，提高泵的技术水平。 根据我国国家标准GB3216-82规定， 离心泵的试验包括形式试验和出厂试验两种。 性能 试验是形式试验的主要组成部分，以确定泵的扬程(或称压头)H、轴功率P、效率 η 和流量 qv之间的关系。实际上，出厂试验是少测点的性能试验。 本实验室共有实验设备四台套：其中一套采用变压器和交流电动机结合实现对水泵转 速的控制，利用文德利管与U形差压计结合测定计算流量大小(如图1所示)；一套采用手动 偶合器和交流电动机控制测定转速；另两套采用整流器和直流电动机控制转速，流量读数 则通过涡轮流量计和流量积算仪测定读出。水泵的轴功率大小、扭矩和转速读数，由水泵 与电动机连接间的扭矩传感器和微机扭矩仪测定读出。图1离心泵实验装置图1D吸入滤网及底阀；2D吸入管； 3D水泵；4D真空压力表；5D控制调节阀(排出阀)；6D排出管；7D压力表； 8D扭矩传感器；9D电机；10D微机扭矩仪；11D文特利管；12DU型管(压差计)；13D截止阀；14D水池隔板。一、实验装置和实验方法1.1 实验装置 泵的实验有闭式和开式两种,通常用得较多的是开式装置。图1是这种实验装置的简图。41热能动力类专业级实验离心泵3由电动机9驱动。泵的吸入管路上有滤网底阀1和真空压力表4，安装吸入管口 应有足够的埋没深度，避免吸水面上产生旋涡，且吸入管口与水池侧壁及底面应有足够的 距离。排水管上装有压力表7，用来测量泵的排出压力。试验时，水由吸入管进入泵内，然 后流经文德利管或涡轮流量计与截止阀后，重新流回水池。 1.2 实验方法 泵的性能实验用以确定H、P、η与qv的关系，并检验其对应关系曲线是否符合要求。 下面用开式实验装置(见图1)来说明实验方法。先对泵进行灌水排气，待灌满整个吸入 管路及泵腔后，关闭排出阀5，然后启动电机9，此时若压力表7读数上升，说明泵已正常运 行，即可打开排出阀，运行一分钟以后，再关闭排出阀，做零流量工况，稳定2 ~3分钟左 右，记下压力表4、7的读数，U型差压计12压差值 Δ h(或涡轮流量计和流量积算仪读数)以 及泵的轴功率、转速和扭矩读数。然后调节排出阀5，调节到下一工况，待稳定三分钟后， 记录上述数据，一直做到阀门全开为止。一般在全关和全开之间做7~8个工况。 读数时，若仪表的读数有波动时，则取其中间值。二、实验参数的测定和计算2.1 水泵压头的测定和计算 测量水泵压头所用的仪表有：弹簧压力计、液柱压力计或真空压力计。根据被测泵的 压力来选用压力计的规格。 一般地说，所采用压力计的最高指示值应是被测泵设计压力的1.5~3倍。这是因为压力 最佳测试范围是仪表最大刻度的1/2~2/3，压力计的精度不得低于0.4级。 压力计7的取压孔应设在泵出口法兰下游2倍出口管径处。对于比转数小于或等于96的 泵，如果出口取压孔是垂直于蜗壳平面或在泵壳所形成的弯曲平面的位置上，那么该孔允 许直接设在泵的出口法兰上。真空压力计4的取压孔一般应设在泵入口法兰上游2~6mm或 等于取压孔管径的1/10，取两者中的较小值，孔深应不大于2.5倍孔径。泵的压头用下式计 算。 H=2 p2 ? p1 v2 ? v12 + + ( Z 2 ? Z1 ) (mH2O) 2g ρg式中： p 2 、 p1 ―― 泵出口和进口压力(Pa)v 2 、 v1 ―― 测压计 p2 和 p1 所在断面上平均速度(m/s) Z 2 、 Z 1 ――测压计 p2 和 p1 至基准面(泵中心线)的垂直距离(m)ρ―― 水的密度，取1000(kg/m3)g ―― 重力加速度，取9.81(m/s2) 2.2 流量测定及计算公式 水泵流量测定所用仪表有：标准孔板、标准文德利管、水堰、量筒，也可用涡轮流量 计或电磁流量计。涡轮流量计或电磁流量计需定期标定。42离心水泵性能实验2.2.1 用文德利管测定流量 本实验装置中，文德利管进口段直径D = 78.6mm，喉部直径d = 35mm，流量可按下式 计算。 式中 qv=55.5μ Δh (m3/h ) Δh ―― U型管水银面高度差 ( m )μ ―― 流量系数，实验前需标定。取0.836~0.982.2.2 用涡轮流量计测定流量 涡轮流量计是目前流量测定常用的仪器之一，测量方法简单，精度较高，且可大大缩 小测管管段长度， 它所需前后管段长度一般只需涡轮流量计口径的5倍。 但使用这种仪器要 求水质干净，又因制造精度较高，价格也比较高。 涡轮流量计流量计算公式： qv =N/ ξ (m3/h) 式中： N ―― 一次仪表积算频率总数(次/秒)； ξ ―― 仪表常数，每只涡轮流量计有不同的值，要查出厂说明书。本实验台采用 XSJ-391型流量数字积算仪，可直接读出瞬时流量(m3/h)或累积流量(m3)。 2.3 转速或轴功率测定与计算： 本试验台采用JW-1A扭矩转速传感仪，可直接读出转速n和扭矩M(N.m)。 轴功率P为： P = M ? /1000=2πnM /(60×1000)= Mn/9549.3 (kW) 2.4 水泵效率计算公式：η=Ne γQH = × 100% N 1000 N（KW） m3/s m Q ―― 体积流量 H ―― 压头式中 N ―― 轴功率γ ―― 流体重度 N/m3三、实验须知及注意事项在实验前必须熟悉实验装置，熟悉系统的仪表及布局，如压力表位置、表上刻度单位， 文德利管或涡轮流量计的构造， 掌握各种仪表的使用和测量方法等。 由于测量的数据较多， 每位同学必须担任一项工作。实验过程中相互转换，了解全面。若一组4人，其任务分配如 下： A、测定出口压力一人。 B、观察文德利管、U型差压计(或涡轮流量计、数字流量积算仪)一人。 C、转矩扭矩测定仪、电压和电流一人。 D、排出阀门调节及记录一人。 实验至少要做7~8个工况。每工况调节一次待稳定3分钟后开始读数。 实验中应爱护测试仪表及用具。43热能动力类专业级实验四、实验步骤4.1 预备阶段 4.1.1 细心观察离心泵装置，熟悉操作规程和方法。 4.1.2 检查设备是否正常，以手拨动泵轴，细听有无杂音。如有杂音应判断其原因， 必须首先排除故障。 4.1.3 检查设备润滑状况，必要时添加润滑油。 4.1.4 接好涡轮流量计及积算仪、扭矩转速传感器与转速转矩测定仪的接线。 4.1.5 接通仪表电源，开启仪表开关，校验仪表设定参数。 4.1.6 给离心泵灌水排气，在启动电动机之前关闭排气阀。 4.1.7 按照实验安全规程，再次检查安全措施和设备安全情况，如衣物等容易缠绕在设 备上的物品，女生则应将长发盘绕于帽内等。 4.1.8 开启电源开关，待水泵正常运转时，关闭灌水阀，开始逐渐调节阀门，进入实验 阶段。 4.2 实验阶段 4.2.1 关闭调节阀，做零流量工况点。 4.2.2 查验各仪表运行状况。 4.2.3 逐渐开动阀门，按实验工况的要求，调整阀门开度，待水泵运行稳定3分钟后， 记录各项实验数据。 4.2.4 依次进行各工况点的实验。 4.2.5 整理实验数据，确认无误后，实验结束。 4.2.6 关闭电机、测试仪表电源开关和水泵调节阀门。 4.2.7 离开实验室前，应整理好测试仪器和用具，做好实验室的清洁卫生工作。五、离心泵性能实验报告5.1 简述实验设计原理及实验测点分布； 5.2 简述实验设备及仪器仪表名称、型号、规格等； 5.3 实验原始数据整理； 5.4 实验数据处理与分析，并依据实验数据绘制相关曲线图(H- qv ，P- qv ， η - qv)； 5.6 实验小结：指出水泵额定值及最佳工作范围，分析自己作出的性能曲线(例如曲线是 否平坦或陡仰，是否有不稳定区域等)。六、实验数据记录6.1 水泵规格 型号 额定流量qv = 转速n = 排水管直径D2 = 6.2 电动机规格 型号 ; 额定功率44级数 扬程H = 进水管直径D1 =;离心水泵性能实验额定转速n = 6.3 出口水压力表高度差 Δ Z = 6.4 测定数据表(表1) 6.5 泵的性能计算数据表(表2);电动机效率η =;表1 实验 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 转速n (r/min) 扭矩读数M (N.m) 真空表读数 (mmHg) 压力表读数 (Pa) U型管差压计或流量积 算仪读数qv表2 实验次数 水泵轴功率P 泵转速n(r/min) 流量 qv 1 2 3 4 5 6 7 8Δh(m)qv(m3/h) p2(Pa) p1(Pa)压头 HZ2-Z1(m) v2(m/s) v2(m/s)H(m/s) 泵有效轴功率PC (kW) n/n’ (n/n’)2 (n/n’)33 修正到 qv (m /h) 额定转 H(mH2O) 速的值 P(kW)水泵效率η45热能动力类专业级实验燃烧学实验系统原理图、实验仪器仪表型号规格及燃料物理化学性质 一、燃烧学实验系统原理图定值器压力 #1台 13 预混空气(kPa) 射流空气(MPa) 0.12 #2台 12 0.11 #3台 13 0.135 #4台 13 0.12 #5台 20 0.16 #6台 13 0.12二、燃烧喷管及石英玻璃管说明燃烧喷管共 4 根，分别标记为： I号长喷管 ― 细的长喷管(喷口内径7.18mm) II号长喷管 ― 粗的长喷管(相配的冷却器出口直径10.0mm) I号短喷管 ― 细的短喷管(喷口内径5.10mm) II号短喷管 ― 粗的短喷管(喷口内径7.32mm) 石英玻璃套管共 3 个，分别标记为： I号玻璃管 ― 最细的石英玻璃管(本生灯火焰内外锥分离用) II号玻璃管 ― 中间直径的石英玻璃管(观察Burk-Schumann火焰现象及测定射流火焰长度用) III号玻璃管 ― 最粗的石英玻璃管(测定射流火焰温度用)46燃烧学实验三、试验用仪器仪表型号规格名 称 浮子式流量计(燃气) 浮子式流量计(空气) 空气稳压定值器 空气压力表 空气压缩机 点火枪 数字式温度计 石英玻璃管 液化石油气罐 简易测高仪 数码摄相机 型号规格 LZB-4F LZJ-10 QGD-101 膜合压力表(2.5级) NCSE-150 红日牌 XMT-1100 内径12.7mm ISP-15 / DCR-TRV40E 生产厂家 常州热工仪表总厂 常州热工仪表总厂 广东肇庆恒星仪表气动元件厂 上海仪川仪表厂 上海龙海力霸通用机械有限公司 上海浦东强盛日用电器厂 上海大华仪表厂 上海泰恒科学仪器有限公司 上海国泰液化气设备服务公司 自制 SONY四、燃气的物理化学性质燃料 液化石油气(LPG) 自燃温度 (℃) 504 主要成分 相对分子质量 C3H8 闪点 (℃) -73.3 44 燃料低热值 (MJ/kg) 46.39 液态密度 (kg/L) 0.54 汽化潜热 (kJ/kg) 426 沸点 (℃) -42.1 混合气热值 (kJ/m3) 3490 理论空气量 kg/kg kmol/kg 15.8 0.541 辛烷值 RON MON 96-111 89-96五、燃烧学实验注意事项1．实验台上的玻璃管须轻拿轻放，用完后横放在实验台里侧，以防坠落。 2．燃烧火焰的温度很高，切勿用手或身体接触火焰及有关器件。 3．燃烧完后的喷嘴口、水平石英管的温度仍很高，勿碰触，以防烫伤。 4．在更换燃烧管时，手应握在下端，尽量远离喷嘴口。47热能动力类专业级实验实验八Bensun火焰及Smithell法火焰分离所属课程： 《燃烧学》 实验类别：热能动力类专业级 一、目的：1. 观察Bensun火焰的圈顶效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应；燃料浓度对火焰颜色的影 响；气流速度对火焰形状的影响等各种火焰现象。 2. 了解本生灯火焰内外锥分离的原理和方法。二、原理预混合燃烧即动力燃烧，其机理是燃气与燃烧所需的部分 空气进行预先混合，燃烧过程在动力区进行，形成的火焰称之 为Bensun火焰。当燃料和空气流量调节到化学当量比时，本实 验台上即能出现稳定的Bensun火焰， 其内锥为蓝绿色的预混火 焰(内锥表面呈白色)，外锥为淡黄色的扩散火焰。同时能观察 到火焰的圆形顶点效应、壁面淬熄效应及火焰外凸效应。改变 可燃气的混合比，可以观察到火焰颜色的变化。当空气浓度较 低时，扩散火焰占主要部分，反应不完全炭颗粒被析出，火焰 呈黄色；空气浓度增大后变成预混火焰，反应温度高，完全燃 烧，火焰呈蓝色。富燃料的Bensun火焰可以用Smithell分离法进行内外锥分离。Bensun火焰及 Smithell火焰分离现象如图1所示。三、试验设备与燃料小型空压机、稳压筒，Bensun火焰试验系统，I号长喷管，I号玻璃管，点火器。 燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害。 2. 开启空压机，使空压机上压力表达到0.4MPa。保证储气罐有足够的空气量。 3. 按实验原理系统图，检查并连接好各管路，装上I号长喷管(内径7.18mm)，并套上支撑 环架及I号玻璃管。 4. 打开空气(进气)总阀，按要求设定预混空气定值器压力(定值器已预先调整好，勿需学生 调整)。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气)总阀。 5. 缓慢打开预混空气调节阀，使空气流量指示在150L/h左右。再打开燃气调节阀，使燃气 流量指示在6~7L/h左右，用点火器在喷管出口点火。 6. 调节空气流量，观察不同空燃比时火焰颜色及形状的变化。待管口形成稳定的Bensun 火焰时(空气流量约275L/h左右)，记录燃气和空气压力、流量值。 7. 火焰内外锥分离：调节空气流量(约150L/h左右)，使火焰内锥出现黄尖，托起支撑环架，48Bensun 火焰及 Smithell 法火焰分离实验使玻璃外管升高，当外管口超过内管口时，火焰便移到外管口上；外管再升到一定距离，外 锥仍留在外管口处，而内锥移至内管口燃烧，从而实现了火焰分离；玻璃外管继续升高，外 锥被吹脱。记录燃气和空气压力、流量值。 8. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理记录形成稳定的Bensun火焰及Smithell火焰分离现象时的燃气和空气压力、 流量值。 记录 实验台号、环境压力和温度。六、思考题1．本生灯火焰的内外锥各是什么火焰？为什么？在什么情况下外锥比较明显？ 2．火焰分离时，为什么锥间距离过大，外锥会被吹脱？49热能动力类专业级实验实验九所属课程： 《燃烧学》预混火焰稳定浓度界限测定实验类别：热能动力类专业级 一、目的：观察预混火焰的回火和吹脱等现象，测定预混火焰的稳定浓度界限。二、原理火焰稳定性是气体燃料燃烧的重要特性，在不同的空气/燃料比时，火焰会出现冒烟、回 火和吹脱现象。本试验装置可以定量地测定燃料浓度对火焰传播稳定性的影响，从而绘制得 到火焰稳定性曲线(回火线)。三、试验设备与燃料试验设备 ： 小型空压机、稳压筒， Bensun火焰试验系统，冷却水系统，II号 长喷管，有机玻璃挡风罩，点火器。 燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 开启排风扇， 保持室内通风， 防止燃 气泄漏造成对人员的危害。 2. 启动压缩空气泵， 直至压气机停止工 作，保证储气罐有足够的空气量。 3. 按试验原理系统图， 检查并连接好各 管路，装上II号长喷管及冷却器(出口直径10.0mm)，接通循环冷却水；罩上有机玻璃挡风罩， 稍开冷却水阀，确保冷却器中有少量水流过。 4. 打开空气(进气)总阀，按要求设定预混空气定值器压力(定值器已预先调整好，勿需学生 调整)。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气)总阀。 5. 缓慢打开预混空气调节阀，使空气流量指示在150L/h左右。再打开燃气调节阀，使燃气 流量指示在3.8L/h左右，用点火器在喷管出口点火。 6. 调节(增加)空气流量，使火焰内锥出现黄尖，记录火焰发烟时的燃气和空气参数。再增 加空气流量，使管口形成稳定的Bensun火焰，记录圆锥火焰的燃气和空气参数。然后缓慢调 小空气流量，待形成平面火焰时，记录燃气和空气参数。管口形成平面火焰为回火的贫富燃 料线界限。缓慢增加空气流量，待火焰被吹脱时，记录燃气和空气参数。上述各种现象时的 燃气和空气压力及流量记录于表一中。50预混火焰稳定浓度界限测定实验7. 在3.8~5.2L/h之间，再选2~4个不同燃气流量点，重复6.中的实验内容。 8. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理1. 根据理想气体状态方程式(等温)，将燃气和空气的测量流量换算成相同压力(如0.1MPa) 下的流量值。 2. 根据换算流量值计算各种情况下的空气/燃料比。 3. 以气/燃比为纵坐标，输入燃气量为横坐标，绘制火焰稳定性曲线(回火线、吹脱线及发 烟线)。 表一 燃料：石油液化气 实验台号： 层流火焰稳定性的测定 室温： 当地大气压：单位：压力：kPa 流量：L/h 圆锥火焰 回火 吹脱 序 燃气 空气 燃气 空气 燃气 空气 燃气 空气 号 压力 流量 压力 流量 压力 流量 压力 流量 压力 流量 压力 流量 压力 流量 压力 流量 1 2 3 4 5 6 7 8 黄尖六、思考题1. 在怎样的气燃比下，点火比较容易，为什么？ 2. 确定回火的浓度界限时，应该怎样调节空气和燃气流量？为什么？51热能动力类专业级实验实验十气体燃料的射流燃烧、 火焰长度及火焰温度的测定所属课程： 《燃烧学》 实验类别：热能动力类专业级 一、目的1. 2. 3. 4. 比较射流扩散燃烧与预混合燃烧的异同。 测定射流火焰的温度分布。 观察贝克-舒曼(Burk-Schumann)火焰现象。 测定层流扩散火焰长度与雷诺数Re的关系曲线。二、原理气体燃料的射流燃烧是一种常见的燃烧方式，燃料和氧化剂都是气相的扩散火焰。与预 混火焰不同的是：射流扩散火焰燃料和氧化剂不预先混合，而是边混合边燃烧（扩散） ，因 而燃烧速度取决于燃料和氧化剂的混合速度，它是扩散控制的燃烧现象。 射流扩散火焰可以由本生灯试验系统关闭一次空气而得到，一般说扩散火焰颜色发黄， 比预混火焰更明亮，更长。没有管内回火，燃料较富时易产生炭烟。 纵向受限同轴射流扩散火焰是研究和应用较多的一种火焰。将一根细管放在一粗管（玻 璃管）内部，使两管同心，燃料和氧化剂分别从两管通过。在管口点燃。调整燃料和氧化剂 流量可以得到贝克-舒曼火焰。 当燃料低速从喷嘴口流出，在管口点燃，可以得到层流扩散火焰。层流扩散火焰长度h 与燃气容积流量qv成正比。 本试验装置可以验证这一关系(实验中用自制的简易测高仪或直尺 测量火焰高度)。 火焰的温度分布是火焰研究的重要内容。本实验中用铂-老铂热电偶测定射流火焰的温 度分布，并以数字温度表显示。三、试验设备1. 2. 3. 4. 小型空气压缩机、稳压筒，射流扩散火焰试验系统 自制简易测高仪、坐标架，直尺。 热电偶，数字温度表 I号及II号短喷管，II号及III号石英玻璃套管四、试验步骤1. 开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害。 2. 接通数字温度表进行预热，预热时间约半小时。 3. 启动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。 4. 按试验原理系统图，检查并连接好各管路，安装好II号短喷管(喷口内径7.32mm)。 5. 打开空气(进气)总阀，按要求设定射流空气定值器压力(定值器已预先调整好，勿需学 生调整)。开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气)总阀。 6. 分别打开预混空气及燃气调节阀，输入燃气和空气(预混空气量250L/h左右，燃气流量 4L/h左右)，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。 7. 适当开启射流空气调节阀，安装III号石英玻璃同心套管，逐渐关闭预混空气调节阀， 实现从预混燃烧到扩散燃烧的转变。减小燃气流量(＜2L/h)，调节射流空气量，形成不冒黑 烟的稳定火焰。 8. 调整装有热电偶的坐标架，使热电偶顺利穿过玻璃套管侧面的测温孔，并使热电偶球 头接近火焰。调节微分测头，从火焰表面开始，使热电偶球头每隔0.5mm测量一个火焰温度。 将测量结果记录到表二中。52气体燃料的射流燃烧、火焰长度及火焰温度的测定实验9. 换装II号石英玻璃同心套管，将燃气流量稳定在10Lh左右，调节射流空气量，观察并比 较通风不足和通风过量的火焰现象。过量：火焰明亮，成锥形，长度短；不足：火焰暗红， 变长，冒烟，最后成碗形。 10. 将射流空气量稳定在2500L/h左右，调节燃气流量(4~7L/h)，用自制简易测高仪或直尺 测量不同燃气流量(不同雷诺数)时的火焰高度。将结果记录在表三中。 11. 关闭燃气及空气调节阀， 换装I号短喷管(喷口内径5.10mm)。 分别打开预混空气及燃气 调节阀，输入燃气和空气，在喷口点燃，获得稳定的预混火焰。 12. 适当开启射流空气调节阀，安装II号石英玻璃同心套管。 13. 将射流空气量稳定在2400L/h左右， 调节燃气流量(4~6L/h)， 测量不同燃气流量(不同雷 诺数)时的火焰高度。将结果记录在表三中 14. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、数据处理1. 根据表二中从数字式温度计读得的温度值，作出火焰断面温度分布曲线。 2. 根据理想气体状态方程式(等温)，将燃气测量流量换算成喷管出口压力(当地大气压)下 的流量值，求出喷管出口燃气速度us。填入表三中。 3. 作出hDqv (火焰高度与燃气的体积流量)曲线。六、思考题1. 射流扩散火焰与预混火焰有哪些主要区别？ 2. 当燃料量输入量大时，火焰会大量冒烟，试作分析。 3. 用热电偶测量火焰温度有何利弊？ 表二 实验台号：测点 项 目mm火焰温度分布测定记录 喷嘴直径：7.32mm 4 5 6 7 8 9温度单位：℃ 10 11 120123温度II号 1 短 2 喷管 平均 表三工况 项目 数值扩散火焰长度h与雷诺数Re的关系 I号短喷嘴(喷口内径5.10mm) 1 2 3 4 5II号短喷嘴(喷口内径7.32mm) 1 2 3 4 5燃气流量 燃气压力 火焰高度 换算后燃气流量 当地大气压力：53热能动力类专业级实验实验十一静压法气体燃料火焰传播速度测定所属课程： 《燃烧学》 实验类别：热能动力类专业级 一、试验目的和要求火焰传播速度（即燃烧速度）是气体燃料燃烧的重要特性之一，它不仅对火焰的稳定性 和燃气互换性有很大的影响，而且对燃烧方法的选择、燃烧器设计和燃气的安全使用也有实 际意义。 通过本次试验，要求学生熟悉静压法（管子法）测定火焰传播速度（单位时间内在单位 火焰面积上所燃烧的可燃混合物的体积）的方法。了解火焰传播速度u0、火焰行进速度up和 来流（供气）速度us相互之间的关系。二、试验原理在一定的气流量、浓度、温度、压力和管壁散热情况下，当点燃一部分燃气－空气混合 物时，在着火处形成一层极薄的燃烧火焰面。这层高温燃烧火焰面加热相邻的燃气－空气混 合物，使其温度升高，当达到着火温度时，就开始着火形成新的焰面。这样，焰面就不断向 未燃气体方向移动，使每层气体都相继经历加热、着火和燃烧过程，即燃烧火焰锋面与新的 可燃混合气及燃烧产物之间进行着热量交换和质量交换。层流火焰传播速度的大小由可燃混 合物的物理化学特性所决定，所以它是一个物理化学常数。 过量空气系数(即空气消耗系数) Φ at 对火焰燃烧温度 Tf 的影响见图3所示，预热空气温度Ts 对火焰燃烧温度 Tf 影响见图4所示，过量空气系数 Φ at 对火焰传播速度 u0 影响见图5所示。三、试验设备及原理图图6静压法测定气体燃料火焰传播速度试验台示意图1．空压机；2．LPG罐；3．燃气阀；4．燃气流量计；5．空气流量计；6．引射管；7．温度计；8．稳压筒 9．可燃气进口端；10．空气压力表；11．燃气压力表；12．预混空气定值器 13．石英玻璃管 14．点火枪54静压法气体燃料火焰传播速度测定实验四、试验步骤1. 开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害。 2. 起动压缩空气泵，直至压气机停止工作，保证储气罐有足够的空气量。 3. 打开空气(进气)总阀，按要求设定预混空气定值器压力(定值器已预先调整好，勿需学 生调整)。 4. 开启液化石油气开关阀，使燃气管充满石油气，然后打开燃气(进气)总阀。 5. 稍开预混空气调节阀及燃气调节阀，使石英玻璃管内充满一定浓度的燃气-空气可燃混 合物(参考参数：燃气流量4.2L/h；空气流量280~300L/h)。 6. 用点火枪在石英玻璃管出口端点燃可燃混合气(注意点火枪不能直接对着玻璃管中心， 防止流动的可燃混合气对点火花的吹熄)；如点火不成功，则重新调整燃气和空气的流量，保 证可燃混合物处在着火浓度极限范围内，直至点火成功。 7. 观察石英玻璃管口的火焰形态。 8. 交替调节预混空气调节阀和燃气调节阀，使火焰呈预混合火焰的特征。 9. 微调空气阀和燃气阀，使可燃混合气流量微量减小，致使石英玻璃管口火焰锋面朝着 可燃混合气一侧缓慢移动。当火焰锋面基本置于石英玻璃管中间段位置时，微量调节空气流 量阀门，使可燃混合气流量微量增大。当燃烧速度等于可燃气的来流(供气)速度时，火焰行 进速度等于零，此时，火焰锋面在空间驻定静止不动。 如果供气速度调节过大，会造成火焰脱火；反之，会造成回火而吹熄；此时重复5~10 过程，直至燃烧火焰锋面在石英玻璃管中间段驻定而不移动。 (火焰锋面驻定参考参数：燃气压力0.30kPa，流量4.2L/h；空气压力0.75kPa，流量270L/h) 10. 管内的火焰特征，在有条件的情况下用数码相机或摄像机拍摄管内的火焰形状。 11. 记录试验台号，当地大气压，燃气、空气流量及压力。 12. 关闭燃气和空气阀门，整理试验现场。五、实验报告及思考题1. 根据理想气体状态方程式(等温)，将燃气和空气测量流量换算成(当地大气压下)石英玻 璃管内的流量值，然后计算出混合气的总流量，求出可燃混合气在管内的流速us(石英玻璃管 内径12.7mm)。由于火焰锋面驻定时up=0，可以近似认为火焰传播速度u0等于来流速度us。 2. 静压法(管子法)观察到的火焰有哪些特征？为什么？ 3. 过量空气系数(即空气消耗系数)和预热空气对火焰的燃烧速度、火焰传播速度有何影 响？ 4. 倘若石英玻璃管无限长且管内充满了可燃混合气，一端闭口，一端开口；在开口端点 火，产生行进火焰，请叙述将会出现怎么样的燃烧现象？55热能动力类专业级实验实验十二本生灯法层流火焰传播速度的测定所属课程： 《燃烧学》 实验类别：热能动力类专业级 一、目的1. 巩固火焰传播速度的概念，掌握本生灯法测量火焰传播速度的原理和方法。 2. 测定液化石油气的层流火焰传播速度。 3. 掌握不同的气/燃比对火焰传播速度的影响，测定出不同燃料百分数下火焰传播速度的 变化曲线。二、原理层流火焰传播速度是燃料燃烧的基本参数。测量火焰传播速度的方法很多。本试验装 置是用动力法即本生灯法进行测定。 正常法向火焰传播速度定义为在垂直于层流火焰前沿面方向上火焰前沿面相对于未燃 混合气的运动速度。在稳定的Bensun火焰中，内锥面是层流预混火焰前沿面。在此面上某一 点P处，混合气流的法向分速度与未燃混合气流的运动速度即法向火焰传播速度相平衡，这 样才能保持燃烧前沿面在法线方向上的燃烧速度(图7)，即 （1） u0=us.sinα ； 式中：us－混合气的流速（cm/s） α－火焰锥角之半。 或u0 = 318qv r r2 + h2（2）式中：qv－混合气的体积流量（L/s） ； h－火焰内锥高度（cm） ； r－喷口半径（cm） 。 火焰高度h，可由自制简易测高仪测出。三、试验设备及燃料1. 试验系统与试验二相同，用II号长喷管加冷却水套。 2. 自制简易测高仪。 3. 燃料：液化石油气。四、试验步骤1. 调整自制简易测高仪，使测高仪的不锈钢箭头对准火焰内锥。 2. 其它准备工作与试验二相同。 3. 根据液化石油气火焰的稳定性曲线，预先估计制得各种混合比所需的空气和燃料流量， 以避免燃料百分比数过于接近而影响曲线的绘图。 4. 缓慢调节空气和燃气流量，当火焰稳定后，用测高仪测得火焰内锥高度。 测量状况不少于6种，为减少测量误差，对每种情况最好测三次，然后取平均值。56本生灯法层流火焰传播速度的测定实验五、数据处理1. 根据理想气体状态方程式(等温)，将燃气和空气测量流量换算成(当地大气压下)喷管内 的流量值，然后计算出混合气的总流量，求出可燃混合气在管内的流速us(II号长喷管内径 10.0mm)，并求出燃气在混合气中的百分数。 2. 计算出火焰传播速度u0，将有关数据填入表四内，以火焰传播速度为纵坐标，绘制火焰 传播速度相对于燃气百分比的曲线。六、思考题1. 液化石油气的最大火焰传播速度是多少？对应的燃气百分数是多少？误差如何？ 2. 应选定Bensun火焰的哪个面为火焰前沿面？为什么？ 3. 测量富燃料的火焰传播速度，存在哪些困难？用本生灯法能否解决？ 表四 喷管口面积： 实验台号： 本生灯法层流火焰传播速度的测定 室温： ℃ 当地大气压： kPa单位：压力：kPa 流量：mL/h 燃气 气流出口 火焰传播 序 燃气测量值 空气测量值 折算流量 总流量 火焰高度 体积 速度us 速度u0 qv(mL/s) (mm) 号 压力 流量 压力 流量 燃气 空气 (cm/s) 百分数 (cm/s) 1 2 1 3平均21 2 3平均31 2 3平均41 2 3平均51 2 3平均61 2 3平均57热能动力类专业级实验实验十三所属课程： 《燃烧学》 实验类别：热能动力类专业级 一、水煤浆应用背景水煤浆滴的燃烧实验石油资源的紧缺使我国相当一部分燃油炉的燃料发生困难。由于水煤浆与液体燃料在许 多方面有相似之处，以水煤浆代替液体燃料的研究得到广泛的重视，取得了很大的进展。它 在煤粉中加入一定比例的水和少量表面活性剂制成的水煤浆有许多特点。它可以象石油一样 用管道输送，只需改动燃油炉的某些部件，如有水煤浆喷嘴就可在油炉中燃烧。由于含有水 分，燃炉中火焰温度较低，保护了热部件，同时降低了污染等。近十年来，有关水煤浆燃烧 的工业性实验和基础研究取得了一批重要成果。使人们对这种代用燃料的特性有了一定的认 识。 毕竟水煤浆是一种两相非牛顿流体，与纯液体燃料有区别。目前的研究成果表明，水煤 浆滴的燃烧过程大致可以分为以下四个阶段(见图8)： (1) 煤浆滴的加热（OA） 。这一阶段浆滴温度上升，水 分也同时蒸发。 (2) 水分蒸发（AB） 。浆滴温度上升到A点后，水分继续 蒸发，但温度保持不变，这时浆滴温度为水的饱和温度，即 液体蒸发时的湿球温度。 (3) 煤粒挥发分析出并燃烧（BD） 。水分蒸发后煤浆滴 呈多孔状干球，温度继续上升；先是挥发分析出，达到一定 温度后开始着火 （C点） 温度继续上升， ， 直到挥发份燃尽 （D 点） 。 (4) 固体炭的着火和燃烧（DE） 。挥发分燃尽时，炭粒 温度已经相当高，足以使固定炭着火，温度急剧上升，然后有较长的稳定燃烧过程，直至固 定炭燃尽（E点） 。E点以后出现熄火现象，浆滴温度迅速下降。从O点到E点所需的时间即为 水煤浆滴的燃尽时间。二、实验原理实验采用人工黑体作热环境，将水煤浆滴挂在热电偶上， 记录浆滴初始直径，并描绘出燃烧过程中浆滴温度随时间的变 化曲线，由此计算浆滴的燃尽时间。三、实验设备与燃料1. 2. 3. 4. 水煤浆滴燃烧试验装置(见图9) 镍铬－镍硅热电偶 数字温度表 水煤浆。四、实验步骤1. 配置水煤浆，贫煤掺水量 30-35%，褐煤为 40-45%。 2. 接通电路，检查各仪器工作是否正常。 3. 将镍铬-镍硅热电偶放入电加热炉内，使热电偶丝结点基本位于炉子中心，启动加热，观58水煤浆滴的燃烧实验察数字温度表上显示的温度，等温度达到 650 度时，关闭加热。 4. 将测炉温的热电偶取下，换上挂好水煤浆滴的热电偶，估计浆滴的直径并记录，小心地 将水煤浆滴放入炉子中心处燃烧 。每隔 3 秒记录一次温度，直至燃烧完毕。温度记录在达 到燃烧最高温度后下降 100 度结束。 注：水煤浆滴一进入炉膛就应开始记录温度，否则将错过水分加热及蒸发阶段。 5. 炉子下面的镜子可以观察到水煤浆滴在炉内的燃烧情况，记录浆滴出现红点和整体通红 时的温度，分别为挥发份燃烧和固定碳燃烧的温度。 6. 燃烧完毕后，将热电偶移出炉子，用小镊子轻轻地将灰渣夹出。必须特别仔细，以免损 坏热电偶。 7. 换一个浆滴直径，重复 3?6 操作。 8. 清理现场。注五、实验数据处理绘出水煤浆滴的燃烧特性曲线，即温度-时间曲线，分析燃烧过程的各个阶段。59热能动力类专业级实验实验十四所属课程： 《噪声控制与治理》 实验类别：热能动力类专业级 一、实验目的和要求噪声测量与分析实验（1）掌握声级计的使用方法，保养方法， （2）声级校正器的原理与使用方法； （3）掌握倍频程分析的方法； （4）了解噪声的频率特性和传播特性。 二、实验内容及步骤 （1）实验教师讲解声级计的使用方法，保养方法； （2）分组测量：每组 1 台声级计； （4）用声级校正器校验声级计，记录。 （5） 选择风机的排风口 （动力电站或食堂） 作噪声源， 测量 A 声级和 C 声级； 测量点距声源 3~5 米；记录。 （6）利用声级计的倍频程滤波功能，测量倍频程声压级；记录。 （7）将测点与声源的距离增大 1 倍，测量 A 声级和 C 声级；记录。 （8）测量声环境相近，但没有风机噪声的测点，测量环境噪声（本底噪声） 的 A 声级、C 声级和倍频程声压级。记录。 三、实验报告 （1）仪器 （2）记录测点位置、测量时间 （3）两个不同测点的噪声的 A 声级、C 声级，画出倍频程 A 声压级曲线。 （4）环境噪声（本底噪声）的 A 声级、C 声级，画出倍频程 A 声压级曲线。 （5）噪声特性分析， （可以从频率特性、传播特性、与本底噪声的差异等方 面讨论。 ）60噪声测量与分析实验附录声级计各部分说明：HS5660型精密脉冲声级计的使用61热能动力类专业级实验一、实验前准备1. 电池电压的检查方法 (1) 将功能开关④置“绿点” （BATT） 。 (2) 指针指在绿线上，表示电池可以使用。注1 功能开关以外的开关，按钮可以在任意位置。 注2 旧电池在检查开始时也能达到绿线位置，但马上就下降，所以检查时应持续数秒钟。2. 传声器、前置放大器的装卸方法。 (1) 传声器的装卸方法 ①用手握住前置放大器部分，将电容传声器逆时针方向旋下。 ②安装时对准螺纹将传声器顺时针方向旋转，安装时注意不要装歪。注1 取下传声器时，注意不要让传声器掉下。 注2 装传声器时，开始要轻轻拧，以免损伤螺纹。 注3 取下后的传声器，不要放在潮湿、灰尘多的地方，有可能的话请放入干燥缸中保管。(2) 前置放大器的装卸法 ①手持声级计主体，将前置放大器固定螺母③逆时针方向旋转，取下前置放大器。 ②安装时，将前置放大器插入仪器接口，对准导向管。将前置放大器固定螺母③顺 时 针方向旋转，并拧紧。二、校正采用声学校正方法：可用N×6活塞发生器或ND9升级校准器校正。 (1) 功能开关④置“F” （FLAT） 。 (2) “FUNCTION”开关⑾指“F” ，RANGE开关⑩指“MIDDLE” 。 (3) 当使用活塞发声器时，量程开关⑤值110dB；使用ND9声级校准器时，则置80dB位置。 (4) 将电容传声器小心地插入活塞发声器或升级校准器的插孔的最底部。 (5) 开启活塞发声器或升级校准器的开关，使之发生正弦波声压。调节“CAL”电位器⒀使 电表指针对准“CAK”指示线。 活塞发声器：250Hz/124dB 声级校正器：1KHz/94dB三、测量1. 测量时的注意事项 （1） 除特殊场合外， 测量噪声时,测点应尽量远离墙壁和地板等反射面。 在进行精密测量时， 为了避免操作者干扰声场，可使用延伸电缆，操作者远离传声器。 （2） 背景噪声影响的修正：在实际测量中，除了被测声源产生的噪声外。还会有其它噪声 （背景噪声或称本底噪声）存在，背景噪声会影响测量的准确性，但可按下表进行修 正。 3 总的噪声级与背景噪声级之差（dB） 4～5 6～9 ≥10 3 2 1 0 从总的噪声级读数中减去的dB数 但如果两者之差小于3dB，那么最好应采取措施降低背景噪声，否则，测量误差就较大。 （3） 测量时如果遇上强风，风声往往使测量产生误差，这是应使用风罩，减轻风的影响。 （4） 以低频成分为主的噪声，用“A”计权特性测得为130dB以下，而“F”特性测得往往 超出130dB，这种测量值是不可靠的。 （5） 本仪器附带的皮带是为了防止仪器跌落用，手持仪器事请将皮带套在手腕上。 2. 仪器的操作 （1）量程转换开关⑤的设置：应使电表指针的位置大致处于电表的中央部位。 （2） RANGE开关⑩的设置：在测量动态范围较大的噪声时，用RANGE开关⑩的“MIDDLE” 档测量；电表指针超出最大量程时，将RANGE开关⑩置“HIGH”档，指针的指示值过小时，62噪声测量与分析实验则置“LOW”档。 （3）电表动态特性的选择方法 ①一般噪声测量时，FUNCTION开关⑾置“F” （快）档，声级随时间变化小时，可采用 “S” （慢）档进行测量。 ②测量脉冲或冲击噪声时，置“I” （脉冲）档，如需测量噪声信号的峰值时，则将开关⑾ 置“PEAK” （峰值保持）档，它可将峰值读数保持一分钟以上，如输入更大的信号时，指针 指示新的值，需使指针返回时按RAESET（复位）键。 3. 噪声级（LP）的测量 测量结果（LP值）= 开关⑤指示值（dB）+ RANGE值（dB）+ 电表指示值（dB） 式中：当RANGE开关⑩置“MIDDLE”时，RANGE值取0dB。 当RANGE开关⑩置“HIGH”时，RANGE值取20dB。 当RANGE开关⑩置“LOW”时，RANGE值取-20dB。 4. 振动加速度的测量 （1）取下传声器，换上配合器，将加速度计用连线接到配合器，并将加速度计固定在被振 动物体上。 （2）操作方法：与LP的测量相同，但功能开关④应置“F” （线性）位置。 （3）根据dB值，用图标换算出加速度。 5. 测量结束后的操作： 测量结束后，RANGE开关⑩置“MIDDLE” ，量程开关⑤置100dB处，然后将功能开关④ 对准“黑点” （即切断电源） 。四、与HS倍频程滤波器的连接使用方法1. 将声级计开关④置“OFF” 2. 滤波器单元与输入输出端连接，用滤波器固定螺钉与交流输出端⒂连接，固定 滤波器。 3. 按下滤波器“ALL PSASS”键（LED发光） ，将声级计的功能开关④置“F” ，置 “FILTER_CAL_INT”开关到“FILTER” ，并调节声级计旋钮使表头指针偏移到一个合 适的位置。所显示的值即为“线性”声级。 4. 此后，按下滤波器上的“RIHGHT” （右）按钮并读出中心频率31.5Hz（LED发 光）时的声级，若其值偏低，可调节声级计的衰减旋钮使其读数在刻度的中间位置。依 次按下“RIGHT” （右）按钮，读出每个中心频率的声级。测量中为再证实“ALL PASS” 声级，只需按下“ALL PASS”按钮即可。同样，要把被分析的频率从高端移向低端， 只需连续按“LEFT” （左）按钮。五、安全使用说明1. 本仪器为精密测量仪器，请勿冲击、振动。 2. 电池极性和外接电源极性切勿接反，以免损坏仪器。 3. 电容传声器是一种精密仪器，使用时必须十分小心，一般不要打开前面的保护 罩， 切忌用手或其他东西碰触膜片， 如果污物沾在膜片上， 可用软毛刷占无水酒精擦去。 仪器不用时，请将传声器拆下装入箱内，以免弄脏，使灵敏度下降。装卸电容传声器时 应将电源关闭。 4. 仪器应放在干燥通风处，严防受潮。 5. 长时间不用时请取下电池，以防电池液漏出损坏仪器。63
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