冶金传输原理实验指导书
《冶金传输原理》教学大纲.pdf
《冶金传输原理》教学大纲一课程简介课程编号：01014007-08课程名称：冶金传输原理（1-2）Principles of Transfer in Metallurgy课程类型：专业基础课（必修）学时：80 （12学时试验、6学时上机）学分： 5开课学期：4~5开课对象：冶金工程专业本科先修课程：高等数学、普通物理、计算机语言参考教材：《冶金传输原理》张先棹、冶金工业出版社、1991.11二课程性质、目的与任务《冶金传输原理》是冶金工程专业的一门重要的专业基础必修课程。
该课程的教学目的是要求学生掌握冶金传输过程的基础概念、基本理论。
本课程的任务是通过该课程的教学，使学生运用基本知识分析冶金过程，深入了解复杂的冶金反应过程中各因素的影响机理，从而为改进冶金工艺操作和设备、提高控制和设计水平打下基础，同时为冶金反应过程提供物理模型和数学模型，学习计算机求解的基本方法。
三教学基本内容与基本要求《冶金传输原理》课程主要内容有：动量传输、热量传输和质量传输三大部分，并介绍了三者的类似机理、相互关联的关系；同时介绍了利用相似原理来处理试验数据和进行模型试验。
通过本课程学习，要求学生掌握冶金传输过程的基本理论，为“钢铁冶金学”专业课的学习打下较坚实的基础，培养学生分析冶金过程的问题和解决冶金过程问题的能力。
四教学内容及学时分配课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注第一章动量的传输基本概念4第4学期1.1 流体及连续介质 A1.2 流体的性质 A1.3 粘性动量通量、粘性力 A ☆Δ1.4 分析作用在流体上的力 C第二章第二章流场运动的描述 42.1流场运动描述的两种方法 C2.2 流线与迹线 B课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注2.3梯度、散度、旋度 B2.4 流函数、势函数 B2.5流体微团运动分析 B第三章第三章动量传输的基本方程6 2.1 连续性方程 A ☆2.2 实际流体的动量传输方程(N-S方程) A ☆Δ2.3 理想流体的欧拉方程 A2.4 伯努利方程 A ☆第四章第四章管道中的流动及孔口的流出 5 3.1管道中的流动 A3.2不可压缩流体的管流摩擦阻力 A ☆Δ3.3不可压缩流体的管流局部压力损失 B3.4管路计算 B3.5经过孔口的流出 C第五章边界层流动 4 5.1边界层的概念 A ☆5.2平板绕流摩擦阻力 A ☆Δ5.3绕流阻力和颗粒沉降速度 C第六章可压缩气体的流动 5 6.1 可压缩气体的概念 A ☆6.2 可压缩气体（理想气体）一元稳定等熵流动的基本方程A Δ6.3 一元稳定等熵流动的基本方程特性 A ☆6.4 变截面喷管中气流的变化特征 B6.5 渐缩喷管与拉瓦尔喷管 B6.6 激波 C第七章相似原理与模型研究方法 4 7.1相似的概念 A7.2对现象的一般数学描述及单值条件 B7.3相似定理——相似三定理 A ☆7.4相似准数 A Δ课程内容教学要求重点(☆)难点(Δ)学时安排备注7.5相似模型法 C第八章传热的基本方程 6 第5学期8.1基本概念 A8.2 热量传输的基本方式和基本定律 A ☆8.3 热量传输的微分方程 A ☆Δ8.4 初始条件和边界条件 A第九章导热89.1 稳态导热 A Δ9.2 不稳态导热 A ☆Δ9.3 导热的数值解法 A ☆第十章对流 610.1 对流给热的一般分析 A10.2平板层流给热的分析解法 A ☆Δ10.3层流边界层的近似积分解 B Δ10.4动量传输和热量传输的类比方法 B10.5相似理论指导下的实验方法 B第十一章辐射换热 611.1 基本概念 A11.2 黑体辐射的基本定律 A ☆Δ11.3 实际物体的辐射 A ☆11.4角系数 A ☆Δ11.5 两表面间的辐射换热 A11.6 辐射的网格方法 A11.7气体辐射 C第十二章质量传输 412.1质量传输的基本定律 A ☆Δ12.2 扩散传质 A ☆12.3 对流传质 A ☆Δ12.4 三传的类比 B（教学要求：A—熟练掌握；B—掌握；C—了解）五实习、实验项目及学时分配实验：（12学时）1．流体流速及流量测定，2学时2．流体动量平衡-伯努利方程的应用，2学时3．边界层特性实验，2学时4．空气纵掠平板时局部换热系数的测定，2学时5．空气纵掠平板时流动边界层和热边界层的测量，2学时6．法向辐射率εn的测量，2学时上机内容：（6学时）1．二维稳态导热的数值计算（第一类边界条件），2学时2．二维稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时3．一维不稳态导热的数值计算（第二类、第三类边界条件），2学时六教学方法与手段理论教学、上机实习、实验教学、多媒体教学七参考书目1.《TRANSPORT PHENOMENA》(Second Edition) R.Byron Bird Warren E.StewartEdwin N.Lightfoot 、化学工业出版社、2002.82 动量、热量、质量传递原理[美]J.R.威尔特等北京：科学科学出版社，19843 计算流体力学吴子牛，北京：科学出版社，2001八大纲编写的依据与说明本课程教学大纲，是根据冶金工程专业本科生培养目标与要求，结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求，经过院教学委员会审定后编写的。
冶金传输原理实验报告(传热学)
课程编号：03402720课程名称：冶金传输原理冶金传输原理实验报告（传热学）Speciality________________Class ___________________Order number_______________Name __________________实验一 粉末或散装材料导热系数测定实验报告测量数据记录：2.the power of the electric heater (it is the heat transfer quantity)电加热器功率（亦即传热量）the current （电流）： =I （A ） the voltage （电压降）： =V （V ） 3.the material of the experiment （实验材料）：Ⅱ. Data reduction （数据整理）The temperature of the outer wall of the small ball（小球外壁温度）：The temperature of the inner wall of the big ball（大球内壁温度）：The heat transfer quantity （传热量）： ==IV Q wⅢ. The result of the experiment （数据整理）：1、 实 验 结 果 ， 的 导 热 系 数coefficient =-=219952.0w w t t Qλ C m w o ⋅/2. when compare it with the theoretical value, the comparing result is:与 理 论 值 相 比 较 结 果 是：TestTwo To measure the guideline equation and the mean convection heat transfer coefficient when the air vertically sweeps along the single-pipe实验二 空气横掠单管时平均对流换热系数及准则方程式测定实验Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录） 1.the size of the model ：（试件尺寸） the outer diameter （外径）： D = m, the effective length （有效长度）： L= 0.1m. the area of dissipation （散热面积）：==DL A π m 2. 2.the atmospheric temperature （大气温度）：=f t o C, the corresponding thermo emf （大气温度对应热电势）：)0,(f t E = mV , the atmosphere density (we refer to the table from ft ).大气密度（用f t 查表得）=ρ kg/m 3.3.the measured value in every operation condition.Ⅲ. The result of the experiment （实验结果） 1.from ：（根据）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+∑∑∑∑∑=====101101101101101210i i i i i i i i i i i y b x n y x x b x n ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=→∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑)(10)())(())(()(10)()(10))((22222i i i i i i i i i i i i i x x x y x y x b x x y x y x n we get （解出得）⎩⎨⎧==n C (C b ln =)2. we get the guideline equation is （得出的准则方程是）：Test Three To measure the angle factor from the infinitesimalelement surface dA 1 to the finite surface A 2实验三 微圆表面dA 1到有限表面A 2的角系数测定实验报告Ⅰ.To record the measuring data.（测量数据记录）（计算角系数时数据）： the size of a, b, c in the Fig 4 of the experiment guide book . （实验指导书图中a 、b 、c 尺寸）： a = mm ； b = mm, c = mm.b ax == ; bc y == . Ⅱ. Data reduction and the result of the experiment （数据整理及结果）1. 221R A F spA dA π=-= ；2.)11(2122122121yx tg y x y y tg F A dA ++-=---π= ； Ⅲ. To compare the measured angle factor with theoretical angle factor,and analyses their fitting and the reason of it.对测得的角系数和理论算出的角系数值进行比较，并对两者吻合情况和原因进行分析。
冶金传输原理 课件
Vacuum
Coke oven gas
Coke oven Bottom gas Torpedo car
Degasser er
Tundish
Water cooling
Water cooling Copper mould
C.C. machine Hot strip mill Product (Hot coil) 2012-12-31 Slab
Fluid
Fixed plate
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x u=0
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§1.1 流体的定义和特征
一、流体的定义：
液体与气体的区别
液体的流动性小于气体； 液体具有一定的体积，并取容器的形状；
气体充满任何容器，而无一定体积。
二、流体的特征
流动性
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§1.2 流体连续介质的假设
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§1.2 流体的连续介质假设
一、流体的连续介质假设
Number density: N2 3x1025 m-3 , H2O 2x1028 m-3 Intermolecular spacing: N2 3 nm , H2O 0.4 nm Mean free path: N2 100 nm
冶金传输原理课程的内容
冶金传输原理主要是研究和分析冶金过程 传输规律、机理和研究方法。主要内容包括冶金 过程动量的传递（流体流动行为）、热量传递和
质量传递三大部分。
怎么学习“传输原理”？学什么？方法等。 多看，多练，多想，多交流。
2012-12-31 3
钢铁冶金生产流程
B.F. gas Iron ore Oxygen Lime stone Coal Sintering Blast furnace Hot Converter blast Converter gas
材料冶金传输原理
动量传输：在垂直于流体实际流动的方向上，动量由高速度区向低速度区的转移；热量传输：热量由高温度区向低温度区的转移；质量传输：物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移；产生的原因：系统内部分别存在速度、温度和浓度梯度。
研究的方法：理论分析、数值计算、实验总结。
连续介质模型的目的：将反映宏观流体的各种物理量视为空间坐标的连续函数，可引用连续函数的解析方法来研究流体处于平衡和运动状态下的各物理参数间的数量关系。
流体的粘性：两相邻流体层发生相对运动时，在其接触面上存在一对等值反向的作用力，即快层对慢层的拖动力和慢层对快层的阻力（内摩檫力），流体的这种性质称流体的粘性。
流体及其特性（指液体与气体的共性和区别）；能够自由流动的物体，统称流体，如液体和气体。
共同特征：1.分子间的引力较小2.只能承受压力，不能承受拉力和切力；3.对缓慢变形不显示阻力，因此不存在静摩檫力。
区别：液体：具有一定的体积；有自由表面；不可压缩气体：体积不定；无自由表面；可以压缩粘性及其影响因素（温度、压力分别对液体、气体的影响）。
温度：液体：随温度的升高，粘度下降；气体：随温度的升高，粘度上升；压力：都升高质量力与表面力：1.作用于流体的质点或微元体的质量中心上,且与质量成正比的力。
2.作用于流体或分离体的表面上，且与表面积成正比的力。
静压力及其特性：总是沿作用面的内法线方向；大小与方位无关；等压面及其特性：静止流体中压力相等的各点组成的面（平面或曲面）。
（1）作用于静止流体中的任意一点的质量力必然垂直于通过该点的等压面；(2)两种流体处于平衡状态（静止）时，其相互接触且互不相混的流体的分界面必然是等压面；(3)流体只受重力作用时，等压面为平面；当有其它质量力存在时，等压面才可能是曲面。
绝压、表压、真空度：总压力:解决平面、曲面上液体压力问题；（压力体概念）流场、流线与迹线、稳定流与非稳定流：流场：充满运动流体的“空间”。
迹线：流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹、流线：流场中流体质点的速度向量所构成的连线。
南昌大学冶金传输原理
流体：能够流动的物体，不能保持一定的形状，而且有流动性脉动现象：在足够的时间内，速度始终围绕一平均值变化，称为脉动现象水力粗糙管：管壁加速湍流，增加了流体流动阻力，这类管称为水力粗糙管牛顿流：符合牛顿粘性定律的流体湍流：液体流动时，各质点在不同方向上做复杂无规则运动，相互干扰的运动，流线：在同一瞬间，流场中连续不同位置质点的流动方向线流管：在流场内取任意封闭曲线，通过该曲线上每一点，作流线，组成的管状封闭曲面，称流管边界层：流体通过固体表面流动时，在紧靠固体表面形成速度梯度大的流体薄层称边界层非稳定流：如果流场的运动参数不仅随位置变化，又随时间不同而变化，这种流体就称为非稳定流稳定流：如果运动参数只随位置变化而与时间无关，这种流动就称为稳定流迹线：同一质点在不同时间的运动轨迹水头损失：单位质量（或单位体积）流体的能量损失，称为水头损失或压力损失沿程阻力：沿流动路程上各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力局部阻力：流体在流动中因局部障碍而产生的阻力称局部阻力脉动速度：脉动的真实速度与时均速度的差值时均化原则:在某一足够长时间段内以平均值的速度流经一微小有效断面积的流体体积，应该等于在同一时间段内以真实的有脉动的速度流经同一微小有效断面积的流体体积。
热传导：物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动进行的热量传递称为热传导对流：流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺杂所引起的热量传递方式 热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射等温面：物体在同一瞬间相同温度各点连成的面称为等温面温度梯度：温度场中任意一点沿等温法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度 热扩散率：热扩散率与热导率λ成正比，与物体的密度ρ和比热容c 成反比。
，表征了物体内热量传输的能力对流换热：流体流过固体表面时对流和导热联合起作用的方式黑体：吸收率为1的物体为绝对黑体灰体：物体的单色吸收率与波长无关，这种假想的物体称之为灰体辐射力的单位：物体向外界发射的辐射能量用辐射力表示角系数：表面一发射出的辐射能落到表面2的百分数称为表面1对表面二的角系数雷诺数：表示了惯性力和粘性力的比值流束：在流管内取一微小曲面dA,通过dA 上每一点作流线，这族流线叫做流束 二维稳态导热：稳态导热的温度分布将是两个空间坐标的函数，称为二维稳态导热吸收率：；；；普朗克定律：揭示了黑体辐射能量按波长的分布规律，即黑体单色辐射力(),b E f x T λ=的具体函数形式，根据量子理论导得的普朗克定律有如下数学表达式2511b C T C E e λλλ-=-斯蒂芬-波尔兹曼定律：在热辐射的分析计算中，确定黑体的辐射力是至关重要的，将普朗克定律式代入0d E E λλ∞=⋅⎰，积分的结果就得到著名的斯蒂芬-波尔兹曼定律4b b E T σ= 基尔霍夫定律：提示了物体的辐射力与吸收率之间的理论关系，任何物体的辐射力与它来自同温度黑体辐射的吸收率的比值，与物性无关而仅取决于温度，恒等于同温度下的黑体辐射力1212b E E E E ααα==⋯== 维恩位移定律：对应于单色辐射力的波长λm 与热力学温度T 之间存在着如下的关系；λm T =2.8976×10−3 m∙K,表达的波长λm 与温度成反比的规律，称为维恩位移定律投入辐射：单位时间内投射到表面单位面积上的总辐射能被称为投入辐射记为G 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射记为J 角形系数：砂粒实际比表面积/球形砂粒理论比表面积之比流体具有哪些物理性质？压缩性，膨胀性，密度，粘度。
冶金传输原理1-8[1].2.
![冶金传输原理1-8[1].2.](https://img.taocdn.com/s3/m/8dea92db900ef12d2af90242a8956bec0975a5df.png)
冶金传输原理1-8[1].2.冶金传输原理(Principles of Transfer in Metallurgy)绪论1、冶金的分类：钢铁冶金、有色冶金共同特点（1）发生物态变化固?液态（2）物理化学变化原料与产品的性质、化学成分截然不同钢铁冶金：原料是矿石产品是钢铁钢铁工艺流程：（1）长流程：高炉、转炉、轧机（2）短流程：直接还原或熔融还原、电炉、轧机（1）高炉炼铁：烧结矿或球团矿（铁矿石造块）、焦炭（煤炼焦）、熔剂铁水（2）非高炉炼铁：天然块矿、粉矿或造块、块煤或气体还原剂、熔剂海绵铁（3）转炉炼钢：铁水、废钢、铁合金、氧气、造渣剂钢水（4）电炉炼钢：废钢（海绵铁）、铁水、铁合金、造渣剂钢水2．有色冶金：原料是矿石产品是有色金属（1）重金属：铜（造锍熔炼）、铅（还原熔炼）、锌（湿法冶炼）、锡（火法精炼）（2）轻金属：铝冶金、镁冶金（3）稀贵金属：锂冶炼、铍冶炼、钙锶钡制取、金银提炼3、课程概况一、课程性质专业基础课，是基础课和专业课之间的桥梁。
二、课程内容传输原理（动量、热量、质量传输）简称“三传”传输是指流体的（输送、转移、传递）动力过程、传热过程、物质传递过程的统称热量、动量、质量的传递与输送，热量传输、质量传输、动量传输（类似统一性）传输原理类似性：基本概念、运动规律、解析方法类似。
冶炼过程：高温、多相条件下进行的复杂物理化学过程。
传输过程：?冶炼过程中的物理过程，不涉及化学反应。
动量、热量、质量传递的过程。
（TransportPhenomena）举例：高炉炼铁的气固两相流动。
高炉强化冶炼，目的就是改善传输条件。
转炉炼钢的气液两相流动。
转炉底吹，目的也是改善传输条件。
冶金传输原理已成为现代冶金过程理论的基础!研究对象：动量、热量、质量传输（传递）过程的速率。
研究方法：理论研究（简单问题）、实验研究、数值计算（复杂问题）习题与思考题：如何加深对所学传输理论的理解和应用。
三、课程特点物理概念抽象，数学推导繁琐，计算公式多，计算过程复杂。
材料加工冶金传输原理最新版精品课件-示范课
•对流传质
N A kC C A
•材料加工中的应用
Sh kc d DAB
6. 结束语——三种传输的相似性与同时传递
[转移量 ]= [扩散率 ]× [转移推动力 ]
转移量
扩散率
动量
转移
热量
转移
q
a
质量
转 移 j (NA)
D
转移推动力
( ) d(vx) dy
(q a) d(cpT ) dy
※三个定律：普朗克定律
Eb
C15
ec2 T 1
斯蒂芬—玻尔兹曼定律
Eb
Cb
T 100
4
※角系数
基尔霍夫定律
E a
Eb
W m2
※气体辐射
5. 质量传输部分概貌
•基本概念： 通量密度、扩散系数
•传质微分方程
C A t
D
AB
(
2CA x 2
2CA y 2
2CA ) z 2
•分子传质
NA
D AB
dCA
0
展开及简化
t x
y
z
v
v x
x x x
v
v y
y y y
v
v z
z z z
又 = (x, y, z, t),
d v v v
dt t x x y y z z
(3)式变为
1 d vx vy vz 0 dt x y z
哈密顿算子
x y z
1
d
V
0
dt
V v v v
t
dxdydzdt
t
（2）
六面体内无源无汇时， （1）=（2）， (质量守恒)
冶金传输原理(武汉科技大学)第一章
a. 正负号的意义，
由于粘性应力的方向与流动方向平行，则τ yx与dvx /dy 的 方向无关（梯度是矢量）粘性应力是一对大小相等，方向相 反的力。 亦是一矢量，正负号表示力的方向。同时也可表为 粘性动量通量。
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流体的粘性
b.粘性动量通量：
通过单位面积在单位时间内传递的动量。
Pa
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第一章 动量传输的基本概念
1、 1 流体及连续介质模型 在剪切应力的作用下会发生 连续的变形的物质。
1、流体的定义:
流体的密度
m lin v 0 V
பைடு நூலகம்ΔV 从宏观上看应足够小， 而从微观上看应足够大。
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流体及连续介质模型 流体的密度
m v
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1.3.4
牛顿流体与非牛顿流体
牛顿流体： 满足牛顿粘性定律的流体。 两个含义： 1 、当速度梯度为零时，粘性力为零。 2 、粘性力与速度梯度呈线性关系。 非牛顿流体： 凡不满足牛顿粘性定律的流体均称为非牛顿 流体。
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二 单位换算： 力 : 1kgf=9.807 N 1N=0.102kgf 压力（强）:1atm=1.01325×105 Pa 1atm=760mmHg=10332mmH2O 1at=10000mmH2O=735.6mmHg=9.807×104 1mmH2O=1kgf/㎡=9.8Pa 能量: 1kJ=0.239kcal 1kcal=4.187kJ 1w=1J/s=0.86kcal/h 1kcal/h=1.163w
固定
y
v x（y）
H 稳定 开始 x
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实验1：雷诺实验一、实验目的1. 观察流体流动的各种形态。
2. 测定流体流动形态与雷诺数的关系。
3. 观察层流时管道断面流速分布。
二、实验原理流体的流动状态分为层流和湍流。
雷诺数Re udρμ=是判断其状态的基本依据。
流动状态转变时的雷诺数值称为临界雷诺数。
通常，将湍流转变为层流的雷诺数为2300，而层流转变为湍流的雷诺数为4000。
因此，当Re<2300时，流动呈层流。
当Re>4000时，流动呈湍流。
当2300<Re<4000时，流动形态可能使层流，也可能使湍流。
但即使是层流，也是不稳定的，稍有振动即变为湍流，对于圆管有压流动，当Re<2300时为层流，当Re>2300-4000时流动状态逐渐转变为湍流。
平均流速u 由体积流量和有效截面面积求出，其中流量V s 用体积法测出，即在t 时间内流入计量水箱中流体的体积V ，则：体积流量：s V V t =；有效截面面积：24πd A =；平均流速：s V u A=式中：A —管路的横截面积； d —管路直径； u —流速；μ—水的动力粘度。
三、实验装置 见图2。
四、实验步骤1. 准备工作：将水箱充水至经隔板溢流流出，将进水阀门关小，继续向水箱供水，以保持水位高度H 不变。
2. 缓慢开启阀门11，使玻璃管中水稳定流动，并开启墨盒阀门，使红色水以微小流速在玻璃管内流动，呈层流状态。
3. 调节阀门11使流量增大，直至有色流束在管内开始波动，呈现波浪状，但不与周围水流相混。
4. 继续增大流量，有色流束抖动剧烈并向周围扩散，开始与周围水掺混在一起，整个管内水流质点杂论无章，呈现出湍流状态。
5. 调节使流量逐渐变小，观察上述步骤2-4的相反过程。
6. 关闭墨盒阀门，待管内水流清澈后关闭阀门11，然后开启一下墨盒阀门，注入少量有色水使管内水流局部被染色。
再缓慢开启阀门11，让管内为层流流动。
图2 雷诺实验装置图1.水箱及潜水泵2.上水管3. 溢流管4. 电源5.整流栅6.溢流板7.墨盒8. 墨针9. 实验管11. 调节阀12. 计量水箱13. 回水管14实验桌五、实验报告1.实验目的、实验原理。
2.记录原始数据，并计算雷诺数。
六、思考题1.实验中流体做层流流动时，断面流速是否呈抛物面分布?2.不同管径所得的临界雷诺数，理论上是否应相等？3.为什么湍流转变为层流的雷诺数和层流转变为湍流的雷诺数不一样？4.若将管道倾斜放置，对临界雷诺数是否有影响？为什么？七、其它说明1.用体积法测流量时，量水时间越长，则流量越精确，尤其在小流量时，应该注意尽量有较长的盛水时间；2.墨水量不应过大，否则既浪费又影响试验结果；3.应尽可能减少外界对水流的干扰，在实验过程中，要保持环境安静，不要碰撞管道以及与管道有联系的器件及桌子，要仔细轻巧地操作，尾阀开度的改变对水流也是一个干扰，因而操作阀门时要轻微缓慢；4. 每调节一次尾阀，必须等待 3 分钟，使水流稳定后，方可进行测量。
附：水的密度与粘度计算公式：1、 密度：][kg/m 44.1001 0872501.0 003589285.032+--=t t ρ 式中：t ——水的平均温度（℃）2、 粘度：20.001779/(1+0.03368t+0.0002210t )[ Pa s ]μ=⋅ 式中：t ——水的平均温度（℃）实验2： 伯努利方程实验一、实验目的1. 观察液体在管道中流动时能量守恒和转换的物理现象。
2. 测绘水管管路上测压管的静压头及总压头。
二、实验原理若液体在管内的流动是稳态流动，分别取有效截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ，则相对于同一水平基准面，在两面间可列伯努利方程为：2211221222u P u P z z h g g g gρρ++=+++∑f22u g 、P g ρ、z 每一项都是长度单位，都表示了一个高度（即z 为位压头，P g ρ为静压头、22u g为动压头，h ∑f 为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ截面间的压头损失）。
伯努利方程式中的位压头、静压头和动压头之和称为总压头。
三、实验设备本实验台由压差板、实验管道、水泵、实验桌和计量水箱等组成（见图1）。
四、实验步骤1. 实验前学生应复习讲课中的有关内容和阅读实验指导书，为实验做好理论方面的准备。
2. 检验测压板是否与水平线垂直。
3. 启动电泵使水工作循环，检查各处是否有漏水的现象。
4. 关闭尾阀，开启供水阀，稳定水箱液面（保持最高水位并溢流）.此时水箱液面测压管液面为同一水平面。
检查各个测压管水位高度是否在同一水平线上，如果不在同一水平线上，说明有气泡存在，必须把其排除，直至达到同一水平线。
（排除气泡：用手堵住出水口突然放水，重复几次，直至使实验管中的气泡排除）。
5. 将各断面内径及间距尺寸记录下来。
6. 打开尾阀，检查水箱液面是否稳定。
调节尾阀大小，观察各测压管液面的变化和各测压管液面高度差的变化。
7. 固定尾阀于某一开启度，测量并记录基准面到各测压管中液面的高度。
8. 在测量各测压管静压头的同时，用秒表和量筒测定流量，测出时间间隔流过的流体总体积V 。
并重复做上述实验步骤1-2次。
9. 调节尾阀于另一开启度，重复上述步骤7和8。
图1 伯努利方程实验装置实验台由储水箱、潜水泵、恒压水箱，不同高度、突然扩大突然缩小的带调节尾门的实验管段，测压管，标尺、测压板，回水箱，实验桌等组成。
五、实验报告1.简述实验目的、实验原理。
2.根据记录及公式V s=V/t，计算出流量。
3.计算出各断面的平均流速u=V s/A及相应的动压头u2/2g。
4.根据各测压管位压头，静压头和动压头计算截面总压头。
六、思考题1.为什么稳压水箱中要保持水始终溢流？2.测压管测量的压强是绝对压强还是相对压强？3.实验时发现管道中有气泡，你将怎么办？气泡是否对实验有影响？4.流体静止时，各测压管中的水面高度是否与稳压水箱高度在同一平面上，为什么？七、其它说明1.溢流量不要太大，液面波动严重时会影响测试结果；2.轻开轻关各阀门。
实验3： 传热实验一、实验目的1. 掌握传热系数，对流换热系数和热导率的测定方法。
2. 比较保温管、裸管和水套管的热流量，并进行讨论。
二、实验原理根据传热基本方程、牛顿冷却定律以及圆筒壁的热传导方程，已知传热设备的结构尺寸，只要测得导热热量Q 以及各有关温度，即可算出综合传热系数K ，自然对流传热系数h 和热导率λ。
（1）测定汽-水套管的传热系数K2[W/(m )]mQ K A T =⋅⋅∆℃式中：A-传热面积ΔT m ——冷、热流体的平均温差（℃） Q ——传热热量（W ）Q L ω=⨯式中：ω——冷凝液的质量流量（kg/s ） L ——冷凝液的潜热（J/kg ）。
（2）测定裸管的自然对流换热系数h2[W/(m )]()w f Qh A T T =⋅-℃式中：T w 和T f 分别为壁温和空气温度（℃）。
（3）测定保温材料的热导率λ21[W/(m )]()M Q A T T δλ=⋅-℃式中：T 2，T 1——分别为保温层两侧的温度（℃）δ——保温层的厚度（m ）A M ——保温层内外壁面积的对数平均值（m 2）。
三、实验装置该装置主体设备为“三根管”：汽-水套管、裸管和保温管。
这三根管与蒸汽发生器、汽包、高位槽、实验管道、流量计、三通、放气阀、计量管、放液阀、数显温度仪表、测温热电阻等组成整个测试系统。
工艺流程如下：蒸汽发生器内产生的水蒸气送入汽包，然后在三根管并联的紫铜管内同时冷凝，冷凝液由计量管或量筒收集，以测冷凝速率。
三根紫铜管外情况不同：一根管外用珍珠岩保温；另一根是裸管；还有一根管外是来自高位槽的冷却水，为一套管式换热器。
可定性观察到三个设备冷凝速度差异，并测传热系数，对流换热系数和热导率。
各设备结构尺寸如下：1.汽水套管：内管为Φ18×2mm，紫铜管；套管为Φ33×3.25mm，钢管，管长L=0.6m；2.裸管：传热管Φ18×2mm，紫铜管，管长L=0.6m；3.保温管：内管为Φ18×2mm，紫铜管；外管为Φ60×5mm，有机玻璃管；管长L=0.6m。
四、实验步骤1.熟悉设备流程，检查各阀门的开关情况，排放汽包中冷凝水。
2.从蒸汽发生器底部上水管向炉体内加自来水至液面计4/5处。
3.全开蒸汽发生器电加热器，待炉内水开始沸腾后将炉体空间大部分空气排出。
4.试验管内的蒸汽压力可自动控制，此时将电接点压力表高低压控制指针分别调至试验压力±0.01MPa处。
5.打开套管换热器冷却水进口阀，调节冷却水流量为某一值，该值不易过大，一般为100-200L/h。
6.带过程稳定后，同时测量各设备单位时间的冷凝液量、壁温及水温。
7.重复步骤（6），直至数据重复性较好为止。
8.实验结束，切断加热电源，关闭冷却水阀。
五、实验报告1.实验目的、实验原理。
2.将原始数据列成表格。
3.根据实验结果计算K、h、λ，与经验数据比较并分析讨论。
六、思考题1.冷却水流向改变对传热系数是否有影响？2.由于室内空气扰动的影响，自然对流换热系数的实测值应比理论值高还是低？3.三根传热管的传热速率是否相同，为什么？七、其它说明1.实验中注意观察水位，蒸汽发生器在使用过程中水位不得低于水位计红线处；2.在冬季，如室温低于0℃，应设法将系统内的水放尽（凝结水系统的积水可用压缩空气吹出），防止冻坏设备。
附：水的汽化潜热：水的汽化潜热为40.8KJ/mol，相当于2260KJ/Kg。