《工程热力学》课内实验指导书及实验报告
《工程热力学》实验
院系、专业
课 程 工 程 热 力 学
成 绩
班 级 学 号
姓 名 同组人
实验地点 工程中心 9-111
指导教师
20##年 月 日
实验一 饱和水蒸汽压力和温度关系的测定
一、实验目的
1、 通过观察小容积的核态沸腾现象及饱和蒸汽压力和温度的变化关系，加深对饱和状态的理解，从而建立起当液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，液体便会发生沸腾的基本概念。
2、 通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p－t关系图标的编制方法。
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。
二、实验原理
实验中，通过电子调压模块调节输出电压以实现不同工况，用电接点压力表和温控仪测取不同工况下饱和蒸汽的压力和温度值，根据测得的p、t实验数据，即可绘制p－t关系曲线，并将饱和蒸汽压力和温度的关系整理成实验公式。
三、实验设备
本实验以〈可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪〉为主要实验设备。实验装置由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表（－0.1～1.5MPa）、电子无级调压模块（0～220V）、电压表、温控仪、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃视窗等组成。
图1 可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪
四、实验步骤
1、 熟悉实验装置及所使用仪表的工作原理、性能和使用方法。
2、 接通有安全地线的220V电源，调整电流表旋钮，使其表值接近于零。
3、 设定电接点压力表的下限位针（金属白），使其触点与表压指示针（黑）触合，如果按下开关后，电压表在调压时仍不显示其变化值，就应检查指针是否与触点触合。可拨动触点靠拢指针，继电器有轻微吸合声，即表示电源导通，此时加热器开始工作。视其实验进程所需时间的长短，适当调节电流的大小可观察压力上升的快慢，通常电流值调至1.0（A）为宜，太大会影响加热器的使用寿命。
4、 设定电接点压力表的上限位针（金属白），可在0～0.8 MPa范围内任意设定，通常不少于6个压力值，实验点应尽可能均布。当蒸汽压力上升，使表压指示针接近第一个设定值时，迅速记录当前的PO和tO。当表压指针与上限位针触合，加热器会自动断电，然后拨开上限位针至第二测量点，加热器继续工作，表压继续升高。重复以上操作，从低到高完成全部测量，将记录值填入下列表中。
5、 实验完毕后，将电流调节旋钮回零位，并断开电源。
6、 记录实验环境的温度和大气压力。
五、实验数据处理方法：
1、 以压力表示值为标准值，参照水蒸气热力性质表，查出标准温度，计算测量温度的相对误差。
六、数据记录：
1、数据记录和计算：大气压力B= MPa
七、注意事项：
机箱侧阀的用途：
1、密闭容器内的压力值为负压，阀使容器与大气隔绝。
2、当容器内的液体低于测量所需的液位时容器在真空状态下，此阀可向容器内加入实验用液体。
3、当容器内工作压力较高且需得到一较低值时，可通过此阀在瞬间调节。
4、容器内工作压力不得超过0.8 MPa。
八、实验报告：
1、数据整理：
2 实验结果
3、结果分析：
4、思考与建义：
实验二 喷管流动特性测定实验
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（
＞
,
,
）下，气流在喷管内流量
的变化，绘制
曲线；分析比较
的计算值和实测值；确定临界压力。
（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
关系曲线，分析比较临界压力的计算值和实测值。
二、实验原理:
1、渐缩喷管
气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度取决于临界压力比：
3-1）
临界压力比只和气体的等熵指数k有关，对于空气，k＝1.4，
。式中的pcr即为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，称为临界压力。气体渐缩喷管中的膨胀情况如图3－1 所示。
2、缩放形喷管
气体流经缩放形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面积A2与喷管中的最小截面积Amin的比值。喷管在不同背压条件下工作时，压力分布如图3－2所示。
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3－3，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p2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p2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。
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12。
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12，用罐前调节阀10调节背压Pb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。每隔几毫米—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Px/P1—X曲线。
4、再用罐前调节阀10逐次调节背压Pb，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Px/P1—X。
5、摇动手轮9，使测压孔的位置x位于喷管出口外40mm处。此时 真空表8上的读数为背压Pb。
6、全开罐后调节阀12，用罐前调节阀10调节背压Pb，使它由全关状态逐渐慢开启。随背压Pb降低（真空度升高），流量qm逐渐增大，当背压降至某一定值（渐缩喷管为Pc，缩放喷管为Pf）时，流量达到最大值qm,max，以后将不随Pb的降低而改变。
7、用罐前调节阀10重复上述过程，调节背压Pb，每变化0.005MPa一停，记下背压真空表7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0.02MPa；高真空时，流量变化小，可取0.01MPa间隔）将读数换算成压力比Pb/P1和流量 在座标纸上绘出流量曲线。
8、在实验结束阶段真空泵停机前，打开罐调节阀10，关闭罐后调节阀12，使罐内充报导。当关闭真空泵后，立即打开罐后调节阀12，使真空泵充气。以防止真空泵回油。最后关闭冷却水阀门。
五、实验数据处理方法：
1） 喷管尺寸见图纸，图3-4。
（a） 渐缩喷管结构图 （b） 渐缩渐扩喷管结构图
图3- 4 喷管尺寸
2）喷管入口温度
，入口压力
。
—喷管入口温度为室温
，℃。
—喷管入口压力，
， 单位MPa （3-2）
由于在进气管中装有测流量孔板，气流流过孔板将有压力损失。将略低于大气压力
，流量越大，低得越多。根据经验公式和实测，可由上式确定入口压力。
式中：△p—U型管压差计读数为，单位mmH2O柱高；
—大气压力计读数为，单位MPa。
3）孔板流量计计算公式：
kg/s （3-3）
式中：
—流束膨胀系数，
；
—气态修正系数，
；
γ—几何修正系数，此处取1。
其中：—室温，℃；
△p—U型管压差计读数，mmH2O；
—大气压力计读数，MPa。
4)喷管流量的理论计算公式：
在稳定流动中，任何截面上的质量均相等，流量大小可由下式确定：
式中：
——绝热指数；
——出口截面积(应该按直径4mm圆截面积减去直径1.2mm测量针的截面积计算)，即
=11.43mm2 =1.143×10 -5 m2
——分别表示进、出口截面气体的比体积，m3/kg；
——分别表示进、出口截面上气体的压力，Pa。
对于空气，代入
，
287.1J/kg•℃。
（3-4）
当出口截面压力等于临界压力，即：p2/p1=0.528时流量达到最大值
(3-5）
5）临界压力的理论计算值：=0.528 （3-6）
六、数据记录：
表3.1 流量——压力比数据表格
表 3.2位移——压力比数据表格
（1）超临界工况：Pb= MPa
（2）临界工况：Pb= MPa
（3）亚临界工况：Pb= MPa
七、注意事项：
（1）启动真空泵前，对真空泵传动系统，油路，水路进行检查，检查无误后，打开背压调节阀，用手转动真空泵飞轮一周，去掉汽缸内过量的油气，启动电机，当转速稳定后开始进行实验。
（2）由于测压探针内径较小，测压时滞现象比较严重，为了取得准确的压力值，摇动手轮必须足够的慢。通理，描绘流量曲线时，开关调节阀的速度也不宜过快。
（3）停机前，先关真空罐出口调节阀，让真空罐充气，关真空泵后，立即打开此阀，让真空泵充气。防止真空泵回油，也有利于真空泵下次启动。
八、实验报告：
1、数据整理(计算后制表如下并绘qm — Pb/P1图)：
1) 流量——压力
2)位移——压力
2、实验结果：
A：数据汇总
（1）超临界工况：Pb= MPa
（2）临临界工况：Pb= MPa
（3）压临界工况：Pb= MPa
B：数据图形：
3、结果分析：
4、思考与建义：