工程熱力學(xué)-實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、工程熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書xx 電力大學(xué)（北京）前言1實(shí)驗(yàn)總體目標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫乩斫夤こ虩崃W(xué)的一些現(xiàn)象和結(jié)論。學(xué)習(xí)一些實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。 適用專業(yè)熱能與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備工程、核科學(xué)與核工程 先修課程高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理 實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)一氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二二氧化碳綜合實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)三噴管特性實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)四飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)選做 實(shí)驗(yàn)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室環(huán)境干凈整潔，水電齊全，能夠滿足實(shí)驗(yàn)的要求。在醒目的地方有實(shí)驗(yàn)原理的說明，便于教師講解和學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)的步驟。 實(shí)驗(yàn)總體要求通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生更好地理解工程熱力學(xué)的一些基本原理。指導(dǎo)教師要提前做好準(zhǔn)備，提

2、高實(shí)驗(yàn)的效率。學(xué)生要提前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和要求（特別是注意事項(xiàng)），以免發(fā)生危險(xiǎn)和損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。按指導(dǎo)教師的要求書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時(shí)上交。 本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法建議本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)、二氧化碳?jí)嚎s綜合實(shí)驗(yàn)和噴管實(shí)驗(yàn)，這三個(gè)實(shí)驗(yàn)都是綜合性實(shí)驗(yàn)，涉及到水浴的使用，真空泵的使用，表壓力及真空度和絕對(duì)壓力的關(guān)系，等等，需要大家對(duì)工程熱力學(xué)的基本內(nèi)容有清楚的了解。難點(diǎn)是在臨界溫度下定溫壓縮二氧化碳時(shí)不好把握， 繪出來(lái)的圖和理想壓縮有較大的差別，另外，如何通過間接方法求出二氧化碳的比體積也有一些技巧。教學(xué)方法： 學(xué)生提前預(yù)習(xí)，做實(shí)驗(yàn)之前老師提問； 學(xué)生仔細(xì)觀察指導(dǎo)教師的演示； 實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生

3、開放， 一次沒有做成功， 或者想更好地掌握實(shí)驗(yàn)技巧的學(xué)生， 可以跟指導(dǎo)教師預(yù)約時(shí)間另做。目錄氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)3二氧化碳綜合實(shí)驗(yàn)8噴管特性實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)一氣體定壓比熱容實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解氣體比熱容測(cè)定裝置的基本原理和構(gòu)思。2 熟悉本實(shí)驗(yàn)中測(cè)溫、測(cè)壓、測(cè)熱、測(cè)流量的方法。3 掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和比熱公式的方法。4 分析本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。二、 實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備和儀器儀表由風(fēng)機(jī)、 流量計(jì)、 比熱儀本體、 電工率調(diào)節(jié)測(cè)量系統(tǒng)共四部分組成， 實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)如圖 1-1 所示。裝置中采用濕式流量計(jì)測(cè)定氣流流量， 氣流流量用調(diào)節(jié)閥 1 調(diào)整。流量

4、計(jì)出口的恒溫槽2 用以控制測(cè)定儀器出口氣流的溫度。裝置可以采用小型單級(jí)壓縮機(jī)或其它設(shè)備作為氣源設(shè)備，并用鐘罩型氣罐5 維持供氣壓力穩(wěn)定。圖 1-1 測(cè)定空氣定壓比熱容的全套裝置系統(tǒng)1- 調(diào)節(jié)閥； 2- 流量計(jì)； 3- 比熱儀本體； 4- 瓦特表； 5- 調(diào)壓變壓器； 6- 穩(wěn)壓器； 7- 風(fēng)機(jī)比熱容測(cè)定儀本體（圖1-2 ）由內(nèi)壁鍍銀的多層杜瓦瓶2、進(jìn)口溫度計(jì)1 和出口溫度計(jì)8（鉑電阻溫度計(jì)或精度較高的水銀溫度計(jì)）、電加熱器3 和均流網(wǎng)4、絕緣墊5、旋流片6和混流網(wǎng)7 組成。氣體自進(jìn)口管引入，進(jìn)口溫度計(jì)1 測(cè)量其初始溫度，離開電加熱器的氣體經(jīng)均流網(wǎng)4 均流均溫，出口溫度計(jì)8 測(cè)量加熱終了溫度，后

5、被引出。該比熱儀可測(cè)300以下氣體的定壓比熱。圖 2-2 比熱容測(cè)定儀結(jié)構(gòu)原理圖1-進(jìn)口溫度計(jì)； 2-多層杜瓦瓶； 3-電加熱器； 4-均流網(wǎng)； 5-絕緣墊； 6- 旋流片； 7-混流網(wǎng)； 8-出口溫度計(jì)四、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式，對(duì)可逆過程有：dq dh vdp（1- 1）定壓時(shí) dp0dqdh vdphc pdT（1- 2）dTT p此式直接由 cp 的定義導(dǎo)出，故適用于一切工質(zhì)。在沒有對(duì)外界作功的氣體的等壓流動(dòng)過程中：dh1 dQ p（1- 3）m則氣體的定壓比熱容可以表示為：t2Qp（1- 4）c p t1kJ/kg?m t 2 t1式中： m 氣體的質(zhì)量流量，kg/s ；Q

6、 p 氣體在等壓流動(dòng)過程中的吸熱量，kJ/s 。由于比熱隨溫度的升高而增大， 在離開室溫不很遠(yuǎn)的溫度范圍內(nèi)， 空氣的定壓比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線形的，即可近似表示為：c pabt（1- 5）則溫度由 t1 至 t 2 的過程中所需要的熱量可表示為：qt2abt dt（1- 6）t1大氣是含有水蒸氣的濕空氣。當(dāng)濕空氣氣流由溫度t1 加熱到 t 2 時(shí)，其中水蒸氣的吸熱量為：t2Qwmw t1.8330.0003111t dt1=mw 1.833 t 2 t10.0001556 t22t12kJ/ s（1- 7）式中 ： mw 氣流中水蒸氣質(zhì)量， kg/s 。則干空氣的平均定壓比熱容由下式

7、確定：t 2Q pQp ' Qw（1- 8）c pm t1(m mw ) t 2t1(m mw ) t 2t1式中： Q p '為濕空氣氣流的吸熱量。儀器中加熱氣流的熱量（例如用電加熱器加熱） ，不可避免地因熱輻射而有一部分散失于環(huán)境。 這項(xiàng)散熱量的大小決定于儀器的溫度狀況。只要加熱器的溫度狀況相同，散熱量也相同。因此， 在保持氣流加熱前的溫度仍為t1 和加熱后溫度仍為t2 的條件下， 當(dāng)采用不同的質(zhì)量流量和加熱量進(jìn)行重復(fù)測(cè)定時(shí)，每次的散熱量應(yīng)當(dāng)是一樣的。于是，可在測(cè)定結(jié)果中消除這項(xiàng)散熱量的影響。 設(shè)兩次測(cè)定時(shí)的氣體質(zhì)量流量分別為m1 和 m2 ，加熱器的加熱量分別為Q1 和

8、Q2 ，輻射散熱量為Q ，則達(dá)到穩(wěn)定狀況后可以得到如下的熱平衡關(guān)系Q1Qp1Qw1Q ( m1mw1 ) c pm t 2t 1Qw1QQ2Qp2Qw2Q ( m2mw2 )c pm t 2t1Qw2Q兩式相減消去Q 項(xiàng)，得到t2Q1Q2Qw1Qw2kJ/ kg?（1- 9）c pm tm1m2mw1mw2 t 2t11五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 開動(dòng)風(fēng)機(jī)， 調(diào)節(jié)節(jié)流閥， 使流量保持在額定值附近。測(cè)出流量計(jì)出口空氣的干球溫度t 0和濕球溫度 t w 。2. 將溫度計(jì)插回流量計(jì)， 重新調(diào)節(jié)流量， 使它保持在額定值附近， 逐漸提高電壓， 使出口溫度計(jì)讀數(shù)升高到預(yù)計(jì)溫度。3. 待出口溫度穩(wěn)

9、定后 （出口溫度在10 分鐘之內(nèi)無(wú)變化或有微小起伏即可視為穩(wěn)定），讀出下列數(shù)據(jù)：a） 10 升氣體通過流量計(jì)所需時(shí)間（ s）；b） 比熱儀進(jìn)口溫度t1 （ ）、 出口溫度 t 2 （）；c） 大氣壓力計(jì)讀數(shù)B1 （ kPa），流量計(jì)中氣體表壓h（ mmH 2O）；d） 電熱器的功率Q p （W ）。4. 根據(jù)流量計(jì)出口空氣的干球溫度t 0 和濕球溫度 t w 確定空氣的相對(duì)濕度，根據(jù)和干球溫度從濕空氣的焓- 濕圖（工程熱力學(xué)附圖）中查出含濕量d （ g/ kg 干空氣 ）。（二）實(shí)驗(yàn)要求1每小時(shí)通過實(shí)驗(yàn)裝置空氣流量：3V36 /（ m/h）式中： 每 10 升空氣流過所需時(shí)間，s；可以得出干空

10、氣質(zhì)量流量的計(jì)算式：mg1 y w 1000B19.81 h 36/287 t 0kg/ h273.152. 水蒸氣的流量：mwyw 1000B1 9.81 h36/461.5 t0273.15kg/ h（ 1- 10）（ 1- 11）（ 1- 12）t 2Q1Q2Qw1Qw2kJ/ kg? 計(jì)算干空氣的平均定壓質(zhì)3利用 c pm t1m1m2mw1mw 2 t 2t1量熱容。六、注意事項(xiàng)1、切勿在無(wú)氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞比熱儀主體。2、輸入電熱器的電壓不得超過220V，氣流出口最高溫度不得超過300。3、加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止溫度計(jì)和比熱儀主體因溫度驟升

11、和驟降而破裂。4、停止實(shí)驗(yàn)時(shí)， 應(yīng)先切斷電熱器。 讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行十五分鐘左右（溫度較低時(shí)可適當(dāng)縮短）。七、思考題1、 怎樣判斷氣體的流動(dòng)已經(jīng)穩(wěn)定了？2、 停止實(shí)驗(yàn)后，為什么還要讓風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間？3、 如果不考慮水蒸氣的影響，將會(huì)有什么樣的結(jié)果？4、 如果要測(cè)量不同加熱溫度的平均比熱容，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？5、 怎樣減少測(cè)量誤差？實(shí)驗(yàn)二二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及P-V-T 關(guān)系測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1）了解 CO2 臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。（ 2）加深對(duì)課堂所講的工質(zhì)的熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。（ 3）學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)、恒溫器等部分熱工儀器的正確使用方法。（

12、4）加深對(duì)實(shí)際氣體pvt 屬性的理解，增加實(shí)際氣體熱物性研究方面的感性認(rèn)識(shí)；（5）掌握 CO2 的 pvt 關(guān)系的測(cè)定方法并學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。二、 實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器1. 實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及儀表有實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩，恒溫器，壓力臺(tái)等三大部分組成。如圖2-1 所示。2. 壓縮室本體如圖 2-2 所示 .圖 2-1 CO2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖1-實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體； 2- 活塞式壓力計(jì)；3-恒溫器圖 2-2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體示意圖1- 高壓容器； 2- 玻璃杯； 3-壓力油； 4-水銀； 5-密封填料； 6- 填料壓蓋 7-恒溫水套；8-承壓玻璃管； 9- 二氧化碳空間；1

13、0-溫度計(jì)四、實(shí)驗(yàn)原理(1). 當(dāng)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)壓力p 、溫度 t 和比體積 v 之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，有：F ( p,v,t ) 0（ 2-1）或者tf ( p,v)（ 2-2）當(dāng)溫度維持不變時(shí)，測(cè)定與不同壓力所對(duì)應(yīng)的比體積數(shù)值，從而可獲得等溫線的數(shù)據(jù)。1873 年范德瓦爾對(duì)理想氣體狀態(tài)方程作了相應(yīng)修正，提出下列實(shí)際氣體狀態(tài)方程：( Pav2 )( v b) RT（ 2-3）或者pRTav b- v2（ 2-4）式中， a 與 b 是各種氣體所特有的，數(shù)值為正的常數(shù)，稱為范德瓦爾常數(shù)。范德瓦爾方程是比體積v 的三次方程，在 pv 圖上以一簇等溫線表示，在臨界溫度

14、以上一個(gè)壓力相對(duì)應(yīng)只有一個(gè)v 值，即只有一個(gè)實(shí)根， 在臨界溫度以下與一個(gè)壓力值對(duì)應(yīng)的有三個(gè)值，在這三個(gè)實(shí)根中，最小值是飽和液體比體積，最大值是飽和蒸汽的比體積，中間值沒有物理意義。 得到三個(gè)相等實(shí)根的等溫線上的點(diǎn)為臨界點(diǎn)， 方程可得臨界溫度等溫線拐點(diǎn)，滿足下述條件：p2 p）T=0（ 2-5）（）T=0和（.v2v本實(shí)驗(yàn)根據(jù)范德瓦爾方程，采用等溫的方法來(lái)測(cè)定二氧化碳p v 之間的關(guān)系， 從而找出實(shí)際氣體二氧化碳的p vt 關(guān)系。(2). 實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來(lái)的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯的上部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了二氧化碳?xì)怏w的承壓玻璃管。二氧化碳?xì)怏w被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺(tái)上的活塞螺桿的進(jìn)

15、、退來(lái)調(diào)節(jié)，溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)。(3). 實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出。比體積通過CO2 的高度來(lái)用間接方法度量。（ 4） 維持溫度不變，測(cè)定比體積與壓力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，就可得到等溫線的數(shù)據(jù)。在不同溫度下對(duì)二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮，將此過程畫在p v圖上，可得到的二氧化碳pv T關(guān)系曲線。當(dāng)溫度低于臨界溫度 tc時(shí)，該二氧化碳實(shí)際氣體的等溫線有氣液相變的直線段。隨著溫度的升高， 相變過程的直線段逐漸縮短。當(dāng)溫度增加到臨界溫度時(shí)， 飽和液體和飽和氣體之間的界限已完全消失，呈現(xiàn)出模糊狀態(tài)，稱為臨界狀態(tài)。二氧化碳的臨界壓力pcr 為7.

16、38MPa ，臨界溫度 tcr為 31.1。在 p v圖上，臨界溫度等溫線在臨界點(diǎn)上既是駐點(diǎn)，又是拐點(diǎn)。臨界溫度以上的等溫線也具有拐點(diǎn)，直到48.1才成為均勻的曲線。（ 5）利用質(zhì)面比常數(shù) k 值間接測(cè)量二氧化碳的比體積由于充進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳的質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（ A ）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中是采用間接的方法來(lái)確定二氧化碳的比體積，認(rèn)為二氧化碳的比體積與其高度是一種線性關(guān)系，具體如下方法：已知二氧化碳液體在 20 ， 100at 時(shí)的比體積：v(20o C,100at)0.00117 m3 /kg（ 2-6）如前操作實(shí)地測(cè)出本實(shí)驗(yàn)臺(tái)二氧化碳液體在20 ， 100at 的二

17、氧化碳液柱高度h * （注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）由式（ 2-6）可知v(20o C ,100at )hA0.00117m3/kg（ 2-7）m則m =h*= kkg/m3（ 2-8）A0.00117那么在任意壓力、溫度下的二氧化碳的比體積為hhv = m=kA式中：h = h h ；03（ 2-9）m /kgh 任意壓力、溫度下的水銀柱高度；h0 承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)定 t20 、 t 31.1及 t 50 時(shí)的等溫線2測(cè)定臨界等溫線與臨界參數(shù)，觀察臨界現(xiàn)象測(cè)出臨界等溫線， 并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力pc 與臨界溫度 vc ，并將數(shù)據(jù)填入表 2

18、.1。1）臨界乳光現(xiàn)象將水溫加熱到臨界溫度（31.1）并保持溫度不變，搖進(jìn)壓力臺(tái)上的活塞螺桿使壓力升至上 7.8MPa 附近出，然后搖退活塞螺桿（注意勿使實(shí)驗(yàn)本體晃動(dòng)）降壓，在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)園錐狀的乳白色的閃光現(xiàn)象，這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于二氧化碳分子受重力場(chǎng)作用沿高度分布不均和光的散射所造成的，可以反復(fù)幾次，來(lái)觀察這一現(xiàn)象。2）整體相變現(xiàn)象由于在臨界點(diǎn)時(shí)，氣化潛熱等于零，飽和氣相線和飽和液相線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)氣液的相互轉(zhuǎn)化不是像臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間， 表現(xiàn)為一個(gè)漸變的過程，而這時(shí)當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，氣、液是以突變的形式互相轉(zhuǎn)化的。3）汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象處

19、于臨界點(diǎn)的二氧化碳具有共同的參數(shù)( p,v,t )，因而僅憑參數(shù)是不能區(qū)分此時(shí)二氧化碳是氣體還是液體， 如果說它是氣體， 那么這個(gè)氣體是接近了液態(tài)的氣體，如果說它是液體，那么這個(gè)液體是接近了氣態(tài)的液體。下面就用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)是處于臨界溫度下， 如果按等溫線過程進(jìn)行來(lái)使二氧化碳?jí)嚎s或膨脹，那么管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在我們按絕熱過程來(lái)進(jìn)行。首先在壓力等于78at 附近，突然降壓，二氧化碳狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液態(tài)區(qū)，管內(nèi)二氧化碳出現(xiàn)了明顯的液面，這就說明， 如果這時(shí)管內(nèi)二氧化碳是氣體的話，那么這種氣體離液區(qū)很接近可以說是接近了液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮二氧化碳時(shí)，這

20、個(gè)液面又立即消失了，這就告訴我們， 此時(shí)的二氧化碳液體離氣區(qū)也是非常近的，可以說是接近了氣態(tài)的液體。既然此時(shí)的二氧化碳既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以，只能處于臨界點(diǎn)附近。可以說，臨界狀態(tài)究竟如何，是飽和汽、液分不清。這就是臨界點(diǎn)附近飽和汽液模糊不清的現(xiàn)象。（二）實(shí)驗(yàn)要求1測(cè)定高于臨界溫度t50 時(shí)的等溫線，并將數(shù)據(jù)填入表2.1 中。表 2.1二氧化碳等溫實(shí)驗(yàn)原始記錄t20 t31.1 t50 p (at)hh現(xiàn)象 p (at)hh 現(xiàn) p (at)hhvv象vkkk455060708090100做出各條等溫線所需時(shí)間現(xiàn)象分鐘分鐘分鐘表 2.2 臨界比體積 vc (m3/kg)RTc標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)驗(yàn)值vc

21、Pc0.002162繪制等溫線與比較a）按表（ 2.1）的數(shù)據(jù)仿圖2.3 再繪出三條等溫線。b）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線與圖2.3 所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較，并分析其中的差異及原因。c）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)值與圖2.4 繪出的曲線相比較。d）將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的臨界比體積與理論計(jì)算值一并填入表2.2，并分析其中差異及原因。圖 2-3標(biāo)準(zhǔn)曲線圖 2.4CO2 飽和溫度與飽和壓力六、注意事項(xiàng)(1) 做各條等溫線時(shí)， 實(shí)驗(yàn)溫度不要超過 50， 實(shí)驗(yàn)壓力不要超過 100MPa。一般壓力間隔可取 0.2 0.5MPa，但是在接近飽和狀態(tài)與臨界狀態(tài)時(shí)，壓力間隔應(yīng)取0.05MPa。(2) 恒溫水流量應(yīng)足夠大，

22、使水套進(jìn)、出口的水溫盡可能接近相同。(3) 實(shí)驗(yàn)中讀取 h 時(shí)，水銀柱液面高度的讀取要注意， 應(yīng)使視線與水銀柱半圓形液面的中間一齊。(4) 不要在氣體被壓縮情況下打開油杯閥門， 致使二氧化碳突然膨脹而逸出玻璃管， 水銀則被沖出玻璃杯。如要卸壓，應(yīng)慢慢退出活塞桿使壓力逐漸下降，執(zhí)行升壓過程的逆程序。(5) 為達(dá)到二氧化碳的定溫壓縮和定溫膨脹， 除保持流過恒溫水套的水溫恒定外， 還要求壓縮和膨脹過程進(jìn)行得足夠緩慢，以免玻璃管內(nèi)二氧化碳溫度偏離管外恒溫水套的水溫。(6) 如果玻璃管外壁或水套內(nèi)壁附著小氣泡， 妨礙觀測(cè)， 可通過放充水套中的水， 將氣泡沖掉。操作和觀測(cè)時(shí)要格外小心，不要碰到實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體，

23、以免損壞承壓玻璃管及恒溫水套。七、思考題1實(shí)驗(yàn)中為什么要保持加壓（或降壓）過程緩慢進(jìn)行？2實(shí)驗(yàn)中是如何間接測(cè)量CO2 的比體積的？實(shí)驗(yàn)三噴管特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1）鞏固和驗(yàn)證有關(guān)氣體在噴管內(nèi)流動(dòng)的基本理論，掌握氣流在噴管中流速、流量、壓力的變化規(guī)律，加深臨界狀態(tài)參數(shù)、背壓、出口壓力等基本概念的理解。（ 2）測(cè)定不同工況（ p > pcr, pbpcr, pp ）下，氣流在噴管內(nèi)流量m 的變bbcr化，繪制 mpb ps 曲線；分析比較mmax 的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值；確定臨界壓力pcr 。（ 3）測(cè)定不同工況時(shí)， 氣流沿噴管各截面 （軸相位置X）的壓力變化情況， 繪制 Xpxp1關(guān)系曲線，

24、分析比較臨界壓力的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值。二、 實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)裝置由實(shí)驗(yàn)本體、 真空泵及測(cè)試儀表等組成。 其中實(shí)驗(yàn)本體由進(jìn)氣管段，噴管實(shí)驗(yàn)段（漸縮噴管與漸縮漸擴(kuò)噴管各一），真空罐及支架等組成，實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖見圖3.1，采用真空泵作為氣源設(shè)備，裝在噴管的排氣側(cè)。噴管入口的氣體狀態(tài)用測(cè)壓計(jì)6 和溫度計(jì) 7測(cè)量。氣體流量用風(fēng)道上的孔板流量計(jì)2 測(cè)量。噴管排氣管道中的壓力p2 用真空表11 測(cè)量。轉(zhuǎn)動(dòng)探針移動(dòng)機(jī)構(gòu) 4 的手輪， 可以移動(dòng)探針測(cè)壓孔的位置， 測(cè)量的壓力值由真空表12 讀取。實(shí)驗(yàn)中要求噴管的入口壓力保持不變。風(fēng)道上安裝的調(diào)節(jié)閥門3，可根據(jù)流量增大或減小時(shí)孔板壓差的變化適當(dāng)開大

25、或關(guān)小調(diào)節(jié)閥。應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)， 使實(shí)驗(yàn)段1 前的管道中的壓力維持在實(shí)驗(yàn)選定的數(shù)值。噴管排氣管道中的壓力p2 由調(diào)節(jié)閥門3 控制，真空罐 13 起穩(wěn)定排氣管壓力的作用。 當(dāng)真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)， 空氣由實(shí)驗(yàn)本體的吸氣口進(jìn)入并依次通過進(jìn)氣管段，孔板流量計(jì)，噴管實(shí)驗(yàn)段然后排到室外。圖 3-1 噴管實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)圖1.空氣吸氣口； 2.進(jìn)氣管； 3.孔板流量計(jì)； 4.U 形管壓差計(jì)； 5. 三輪可移動(dòng)支架； 6.可互換漸縮噴管和縮放噴管夾具； 7.背壓真空表； 8.可移動(dòng)真空表； 9.探針手輪螺桿機(jī)構(gòu)； 10.背壓調(diào)節(jié)閥；11.真空罐； 12.進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥； 13.軟管接頭； 14.真空泵； 15.出氣管 16.水泥

26、基礎(chǔ)座 .噴管各截面上的壓力采用探針測(cè)量，如圖3.2 所示，探針可以沿噴管的軸線移動(dòng)，具體的壓力測(cè)量是這樣的：用一根直徑為1.2mm 的不銹鋼制的探針貫通噴管，起右端與真空表相通，左端為自由端（其端部開口用密封膠封死），在接近左端端部處有一個(gè)0.5mm 的引壓孔。顯然真空表上顯示的數(shù)值應(yīng)該是引壓孔所在截面的壓力，若移動(dòng)探針 （實(shí)際上是移動(dòng)引壓孔）則可確定噴管內(nèi)各截面的壓力。圖 3-2探針測(cè)壓簡(jiǎn)圖1-管道； 2- 噴管； 3-探針； 4-測(cè)壓孔； 5-測(cè)量噴管各截面壓力的壓力表；6- 測(cè)量噴管入口壓力的壓力表；7- 測(cè)量噴管排氣管道壓力的壓力表四、實(shí)驗(yàn)原理1、漸縮噴管氣體在漸縮噴管內(nèi)絕熱流動(dòng)的最

27、大膨脹程度取決于臨界壓力比：（3-1 ）臨界壓力比只和氣體的等熵指數(shù)k有關(guān)，對(duì)于空氣，k1.4，。式中的 pcr即為氣體在漸縮噴管中膨脹所能達(dá)到的最低壓力，稱為臨界壓力。 氣體漸縮噴管中的膨脹情況如圖3 3 所示。（ a）漸縮噴管中氣體分布示意圖（b）漸縮噴管流量曲線圖 3 3氣體漸縮噴管中的膨脹情況2、縮放形噴管氣體流經(jīng)縮放形噴管時(shí)完全膨脹的程度決定于噴管的出口截面積A2與噴管中的最小截面積 Amin 的比值。噴管在不同背壓條件下工作時(shí)，壓力分布如圖3 4所示。圖 3 4縮放噴管中氣體壓力布示意圖五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)量四個(gè)變量， 即測(cè)壓孔在噴管內(nèi)的不同截面位置 x、

28、氣流在該截面上的壓力 p、背壓 pb、流量 m，這些量可分別用位移指針的位置、可移動(dòng)真空表、背壓真空表以及 U 形管壓差計(jì)的讀數(shù)來(lái)顯示。p1測(cè)量噴管軸向壓力分布情況f ( x)p12測(cè)量噴管流量變化情況：mf ( pb p1)（二）實(shí)驗(yàn)要求1裝上所需的噴管，將“坐標(biāo)校準(zhǔn)器”調(diào)好，即使指針對(duì)準(zhǔn)“位移坐標(biāo)板”零刻度時(shí)，探針的測(cè)壓孔正好在噴管的入口處。2開罐前的調(diào)節(jié)閥，將真空泵的飛輪盤車1-2 轉(zhuǎn)，一切正常后，打開罐后調(diào)節(jié)閥，打開冷卻水閥門，而后啟動(dòng)真空泵。3開罐前調(diào)節(jié)閥,關(guān)閉罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空罐充氣；3 分鐘后關(guān)閉真空泵，立即打開罐后調(diào)節(jié)閥，讓真空泵充氣（防止回油）；最后關(guān)閉冷卻水閥門。4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

29、記錄1） 噴管尺寸見圖紙，圖3-5。（a）漸縮噴管結(jié)構(gòu)圖（b） 漸縮漸擴(kuò)噴管結(jié)構(gòu)圖圖 3-5噴管尺寸2）噴管入口溫度t1 ，入口壓力p1 。入口溫度 t1 為室溫 ta 。由于在進(jìn)氣管中裝有測(cè)流量孔板，氣流流過孔板將有壓力損失。p1 將略低于大氣壓力pa ，流量越大， 低得越多。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)測(cè)，可由下式確定入口壓力 p1 ：p1 pa0.97 p（ 3-2）式中： P孔板流量計(jì)U 型管壓差，若U 型管壓差計(jì)讀數(shù)為h mmH 2O 柱高，大氣壓力計(jì)讀數(shù)為 pa mbar 則：p1= pa -0.970.0981×h mbarp1 = pa -0.095 hmbar3）孔板流量計(jì)計(jì)

30、算公式：m1.373 104kg/sh式中： 流束膨脹系數(shù)， =1-2.873 × 10-2 h / pa ；氣態(tài)修正系數(shù)，0.538pa；t a273.15 幾何修正系數(shù)，此處取1；pa 大氣壓力計(jì)讀數(shù)，mbar；ta 室溫，（ 3-3）（ 3-4） h U 型管壓差計(jì)讀數(shù)，mm 水柱。4）噴管的一個(gè)重要特征參數(shù) 臨界壓力pcr =0.528 p1 在真空表上的讀數(shù)：pcr (真空度 )=pa - pcr = pa -0.528( pa -0.095 h )， mbarpcr (真空度 )=0.472 pa +0.05 h ， mbar折算為 mm 汞柱：pcr (真空度 )=3.54 pa +0.375 h ，mm 汞柱式中： pa 大氣壓力計(jì)讀數(shù)，mbar h U 型管壓差計(jì)讀數(shù)，mm 水柱5)