《工程热力学》压气机实验指导书
工程热力学实验指导书
热能与动力工程专业工程热力学实验指导书编写教师：商福民能源动力学院热工实验室实验一 空气定压比热的测定一、实验目的比热是理想气体十分重要的热力性质。
气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。
实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量。
本实验将通过流通量热法使学生掌握测定空气平均定压质量比热的基本方法，以加深对比热理论的理解，增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理让空气连续而稳定地（即所谓稳定流动）流经一个特制的加热器，在加热器中空气被加热，温度升高，比容变大，流速加快，而压力只有一小部分消耗在摩阻上，当流动阻力相对工质压力而言很小时，若加热器入口压力恒定，则我们就可以近似地认为空气是定压流动。
当空气流速和温度都达到稳定后，若加热器对外热损失很小而忽略不计，则加热器内热源的放热全部被空气吸收（注意：必须是当达到稳定流动时才如此，因为温度等不稳定，说明有一部分热量储存在加热器本体内）。
此热平衡关系可用下式表示：)(1221t t mc Q tt p -=式中：t 1、t 2 —加热器入、出口空气温度，℃；m —空气的质量流量，kg/s ；21tt p c —空气在t 1、t 2范围内的平均定压质量比热，J/(kg·K)；Q —加热器内热源单位时间内的放热，W 。
如上所述21tt p c 待求，而Q 、t 1、t 2、m 大小均可在实验中测出，方法如下：1．t 1、t 2大小由温度计直接读得。
2．111RT V p m =，式中T 1、p 1为加热器入口空气温度T 1=t 1+273.15和绝对压力p 1=p g +p b （Pa ），p g 和p b 大小由U 型管压力计和大气压力计读得（注意单位的统一）。
空气的容积流量V （m 3/s ）大小由流量计上直接读取（m 3/h ）（注意单位的换算）。
3．本实验用的是电加热器，电热源是一只电热丝，因而其放热量Q＝IU（W）。
工程热力学实验指导书
工程热力学实验指导书目录实验课注意事项 (3)有关从事实验的基础知识 (4)实验—二氧化碳p—v—T关系测定实验 (7)实验二可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验 (13)实验三喷管实验 (16)实验四气体定压比热测定实验 (16)实验注意事项1、实践的观点是辩证唯物的认识之第一的基本的观点。
所以对待实验课必须严肃认真。
课前先做预习，明确目的要求。
课内亲自动手，留心观察现象，准确测取数据，及时分析问题，实验结束后，根据材料，进行科学的分析及综合，做出有材料，有观点，有分析，有讨论的精简扼要的实验报告。
2、爱护国家财产，珍惜实验设备，动手操作前先弄清仪器设备的使用方法，不要不懂装懂，乱行启动，以致损坏设备，造成损失，影响教学，非本次实验用的仪器设备，一律不准使用。
3、认真执行的原则，在保证实验质量的前题下，努力降低水电等物质的消耗额。
4、遵守下列安全规定，做好安全工作。
(1)进入实验室后，要严肃认真，不得追逐嬉笑。
(2)不要赤足或穿拖鞋进入实验室，以防触电。
有关从事实验的基础知识一、从事科学实验的基本态度实验人员首先要具有一种最基本的态度即实事求是的态度。
我们这里所说的“实事求是”就是要把实验中所观测到的现象、数据、规律忠实地记录下来，把它们当作第一手的材料来对待，科学推理以实验观测为依据，科学理论要用实验观测来检验，因此记录下来的应该是实际观测到的情况，而不能在任何理由下加以编造，修改或歪曲。
例如某个参数根据理论计算其值应该是100，而在实验中测到只是20的值记录下来，然后再去找原因，而不能用任何其他数字来搪塞。
实验中直接观测到的现象和数字，当然也可能不够准确，也可能有错误，但是某次实验数据不可靠也只能用反复多次的实验来核对，不能够“与书本已有的陈述不符”或“与依据某种理论的计算结果不符”就来修改记录或取消某次记录，对待实验观察必须严肃认真，决不能随便记录某个数字。
二、有关从事实验的基础知识(一)、实验课和重要性实验课在帮助同学们学好本课程的主要内容方面，在培养同学运用理论和实践相结合的方面及独立地从事科学实验的能力方面有极为重要的意义。
(教材)工程热力学实验指导书
内容简介本书主要是工程热力学实验，分2章。
第一章介绍具体的工程热力学实验，对每个实验，着重于阐明其实验原理、实验装置、实验操作方法和实验数据处理等内容。
每一实验均附有思考问题，以帮助读者进一步分析实验中的问题。
第二章是测量误差与数据处理，介绍了误差分析及数据处理方面的知识和方法。
本书可供高等院校动力类相关专业的本科生或研究生使用，亦可供有关教师、实验技术人员在编写工程热力学实验指导书、安排热力学实验时参考。
工程热力学实验教程是依据《工程热力学》本科生课程的教学大纲编写的。
它可供开设实验课、编写实验指导书的教师参考，亦可作为高等院校本科生、研究生的实验参考用书，也可供有关工程技术人员参考。
本实验教程以工程热力学实验为主，并据此编写了测量误差与数据处理。
书中每一项实验的内容着重于阐明她的基本原理、实验装置结构系统、基本测试方法、数据整理以及某些技术问题等。
每项实验都附有思考问题，以期使读者能进一步分析实验中的一些问题。
本书由朱强编写。
在本书编写过程中，得到了汪健生教授许多有意义的指导，在此表示衷心的感谢。
此外，感谢为本书提供各种资料和帮助的其他专家教授们以及参与修改和校对工作的人员。
在编写过程中，参考了国内外一些教材和文献的内容，在此一并致谢！由于受时间和作者水平的限制，书中难免疏漏和错误，可能还存在许多不尽如人意的地方，恳请读者们批评指正！以后将更加努力的学习和工作，以使本书的修订趋于完善。
第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽p-T关系曲线测量实验 (1)1.2CO2临界现象观测及p-v-t关系测定实验 (6)1.3绝热节流效应的测定实验 (15)1.4 喷管中气体流动实验 (22)1.5 压气机性能实验 (31)第二章测量误差与数据处理2.1 误差 (40)2.2 测量不确定度 (44)2.3 实验数据处理方法 (45)第一章工程热力学实验1.1饱和蒸汽p-T关系曲线测量实验一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。
工程热力学第章 压气机热力过程
工程热力学第章压气机热力过程压气机简介压气机是一种能够将气体压缩到一定压力的机械设备，以提高气体的密度，降低气体体积，增加气体的能量密度。
压气机广泛应用于工业、航空、航天、能源等领域，其热力过程是压气机运行过程中最为关键和复杂的部分之一。
压气机的热力过程是指在压气机运行过程中所涉及的热力学性质和过程，包括压缩过程、加热过程、冷却过程等。
这些过程对于压气机的工作效率、能量损失等方面均有重要影响，因此对于研究和了解压气机的热力过程具有十分重要的意义。
压缩过程及其热力学特性压气机的压缩过程是指将气体从低压缩到高压的过程，这个过程中，气体被压缩，气体能量被转换为压缩机的机械能。
在压缩过程中，混合气体中的温度也会相应地上升，因此需要进行冷却和加热来控制温度。
在压缩过程中，气体的压力和温度随着时间的推移而变化，可以用热力学基本公式进行分析。
对于多级压缩机系统，每一级的压缩过程都会产生一定的温度升高和熵增，因此需要进行冷却，以避免温度升高过快和热损失。
加热过程及其热力学特性压气机的加热过程是指在压缩过程中，由于气体被压缩，使得气体的温度升高，这个过程中，需要将气体冷却至温度不致过高。
在加热过程中，气体通过加热流程，将气体热量转换为机械能。
在压缩过程中，加热的温度也是相对较高的，它需要在多级压缩机系统中进行非常复杂和严密的控制。
在实际的生产和应用中，可以通过改变加热温度、空气流量等多个参数来控制加热过程。
冷却过程及其热力学特性冷却是压缩机系统中非常重要的一个环节，它可以有效降低气体的温度，提高压缩机效率。
一般情况下，采用多级压缩机系统，同时进行冷却和加热的过程。
冷却的过程可以通过多种方式来实现，比如自然冷却、水冷却、空气冷却等。
其中空气冷却是一种比较常见的方式，它可以通过强制通风等方式来实现，从而将气体的温度降低到合理水平。
，压气机的热力过程是压缩机系统中非常重要的一部分，它涉及到气体的压缩、加热和冷却等多个方面，同时需要进行严密的控制和协调，以达到最佳的效果和效率。
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。
工程热力学实验指导书(三个实验)
工程热力学课程实验指导书兰州理工大学2006年6月实验1空气定压比热测定实验指导书一、实验目的1.掌握气体比定压热容的测量原理及其操作方法；2.掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法；3.掌握由基本数据计算比热值的方法；4.分析实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置如图1.1所示，本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。
实验时，被测空气由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。
比热仪主体构造如图1.2所示，由多层杜瓦瓶、电热器、均流阀、绝缘垫、旋流片、混流网、出口温度计等组成。
气体的流量由节流阀调节，比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。
比热仪可测200℃以下气体的定压比热。
图1.1 比热仪全套装置图1.2 比热仪主体三、实验原理根据气体平均定压比热定义，当气体在定压加热过程中温度由t1升到t2时，其平均定压比热可以由下式确定：21,21|()ptp m tmQcq t t=-J／(kg.℃)式中：Q p－湿空气在定压加热过程中的吸热量J／sq m－湿空气的质量流量kg／s湿空气是干空气和水蒸气的混合物，当湿空气中水蒸气含量较少，分压力较低时，水蒸气可以当作理想气体处理。
显然，当已知湿空气中水蒸气的吸热量Q v时，干空气的定压比热可由下式确定：21,,21|()p v t pm a t m a Q Q c q t t -=- J ／(kg.℃)式中： Q p －湿空气在定压加热过程中的吸热量 J ／s Q v －水蒸气的吸热量 J ／s q m ，a －干空气的质量流量 kg ／s由1t 加热到2t 的平均定压比热则可表示为：()212112,212t t t p m t a bt dt t t ca bt t ++==+-⎰ 若以（t 1+t 2）/2为横坐标，21,t p mt c 为纵坐标，如图3所示，则可根据不同温度范围的平均比热确定截距a 和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式。
工程热力学——实验指导书样本
《工程热力学》课程实验指导书实验一空气绝热指数测定一、实验目的1、测定空气的绝热指数K和空气的比热C P和G2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象二、实验装置及原理空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，经过U 型压力计测出容器内压力P i,压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。
在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。
此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3三、实验方法与步骤1、测试前的准备1) 将阀门5 的锥形塞拔出, 抹上一些真空油, 以改进阀门的密封性能。
抹油后安装就位并拧紧。
2) 在阀门5开放的情况下( 即容器与大气相通) , 用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120〜150mn左右的水柱高。
水柱内应不含气泡。
如有气泡,应设法排除。
3) 调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。
2、测试步骤1) 记录U 型空压计初始读数h0。
2) 关闭阀门5, 把容器拧紧。
3) 用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。
此时的压差150〜200mn水柱为宜。
待压力稳定后,记录下此时的压差值厶h。
4) 突然打开阀门5并迅速关闭。
空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。
记录此时的压差值△ h2.5) 持续1〜2小时后, 待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时, 记下此时容器内空气压力的压力差△ h a6) 一般要求重复三次测试, 取其测试结果的平均值。
四、实验注意事项1 、气囊往往要漏气, 充气后必须用夹子将胶皮管夹紧。
2、在测试过程, 测试现场的温度要求保持基本恒定。
不然, 很难测出可靠的数据。
工程热力学——实验指导书
《工程热力学》课程实验指导书实验一空气绝热指数测定一、实验目的1、测定空气的绝热指数K和空气的比热C p和C V2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象二、实验装置及原理空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，通过U型压力计测出容器内压力P1，压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。
在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。
此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3。
三、实验方法与步骤1、测试前的准备1）将阀门5的锥形塞拔出，抹上一些真空油，以改善阀门的密封性能。
抹油后安装就位并拧紧。
2）在阀门5开放的情况下（即容器与大气相通），用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120～150mm左右的水柱高。
水柱内应不含气泡。
如有气泡，应设法排除。
3)调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。
2、测试步骤1）记录U型空压计初始读数h0。
2）关闭阀门5，把容器拧紧。
3）用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。
此时的压差150～200mm水柱为宜。
待压力稳定后，记录下此时的压差值△h。
4）突然打开阀门5并迅速关闭。
空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。
记录此时的压差值△h2.5）持续1～2小时后，待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时，记下此时容器内空气压力的压力差△h36）一般要求重复三次测试，取其测试结果的平均值。
四、实验注意事项1、气囊往往要漏气，充气后必须用夹子将胶皮管夹紧。
2、在测试过程，测试现场的温度要求保持基本恒定。
不然，很难测出可靠的数据。
五、实验报告及要求1、按照原始数据求出k值。
2、分析影响测试结果的因素。
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①接通所用测试仪器设备的电源，调试应变仪，启动压气机计算机采集处理系统；
②用计算机采集测试初始压力p0；
③启动压气机。待工作稳定后，由计算机采集处理数据，然后由绘图仪绘制示功图；
④在示功图上用测面仪测量：示功图包围的面积、压缩过程线与横坐标包围的面积、压缩过程线与纵坐标包围的面积；
⑤在示功图上用尺子测量：反映有效吸气线段 的长度、反映活塞行程线段 的长度；
3、平均多变指数(n0)：
压气机的实际压缩过程介于定温压缩与定熵压缩之间，过程指数在压缩过程中不断变化，根据压气机的理论轴功和气体压缩功的关系，可求得平均的多变指数（n0）:
在P-v图上为压缩过程线与纵坐标围成的面积同压缩过程线与横坐标围成的面积之比，即：
4、容积效率(ηc)
由热力学定义有：
在（P-v）示功图上，即为有效吸气线段长度与活塞行程线长度之比，即：
图1压气机实验系统
1-压气机2-压力传感器3-飞-排气阀8-储气罐
压气机型号：Z-0.03/7
汽缸直径：D=50mm，活塞行程L=20mm
连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分
为了获得反映压气机性能的示功图，故在汽缸头安装了一个应变式压力传感器，供实验时输出瞬态压力信号。该信号经桥式整流后送至动态应变仪放大；对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以达到压力和曲柄转角信号的同步。这二路信号经放大器分别放大后送入A/D板转换为数字量，然后送入计算机，经计算机处理便得到了压气机工作过程中的有关数据及展开示功图。
（kgf-m）
式中：
S—由测面仪测定的面积（mm2）；
K1—单位长度代表的容积（mm3/mm）；
式中：
L—活塞行程（mm）；
—活塞行程的线段长度(mm)。
K2—单位长度代表的压力（at/mm）。
式中：
p—工作时的表压力（at）；
—表压力在纵坐标上对气体所做的功（Ni），可用下式表示：
（KW）
式中：
n—转速（转/分）。
六、数据处理：
①计算指示功Li；
②计算平均多变指数n0；
③计算容积效率ηc。
七、思考题：
①试根据测绘出的示功图，分析该压气机的工作是否正常。
②分析各项效率随压力变化的趋势，及改善压气机性能的主要途径。
③如何设法测得压气机余隙容积。
根据动力学公式，活塞位移量x与曲柄转角α有如下关系：
式中：
α—曲柄转角；
λ—曲柄连杆长度比。
式中：
R—曲柄半径；
H—连杆长度。
2、指示功(Li)和指示功率：
指示功——压气机进行一个工作过程，活塞对气体所做的功，记作Li。显然其功量就是P-v图上过程线所包围的面积。即：
（kgf-m）
该面积可用面积仪测得，不过在使用P-v图时应注意：其纵坐标是以线段长度表示压力值，而横坐标则表示活塞的位移量（x）、故所测的面积都需要经过换算才能得到功的数值，其具体换算如下：
⑥在示功图上用尺子测量：压气机初始压力p0、排气压力pb；
⑦关闭所用测试仪器设备的电源，结束实验。
五、实验数据：
表 1 空气压缩机实验设备规范
序号
名 称
规范
序号
名 称
规范
1
型号
5
活塞直径(mm)
2
生产量(m3/min)
6
额定转速(r/min)
3
最高工作压力(bar)
7
额定功率(kw)
4
活塞行程(mm)
《工程热力学》实验：
压气机性能实验
一、实验目的：
1、了解压气机结构和工作原理；
2、掌握指示功、压缩指数和容积效率的基本测试方法；
3、对使用微机采集、处理数据的全过程和方法有所了解。
二、实验设备：
DF-18型制冷系统实验台
三、实验原理：
1、实验装置及测量系统：
本实验装置主要由压气机和与之配套的电动机以及测试系统组成。测试系统包括压力传感器、动态应变仪、放大器、A/D板、微机、绘图仪及打印机，详见图1所示。