热物理基础实验讲义.doc

第一章 工程热力学

§1-1 空气绝热指数的测定实验

一、实验目的
通过测量绝热膨胀和定容加热过程中空气的压力变化，计算空气绝热指数。
理解绝热膨胀过程和定容加热过程以及平衡态的概念。

二、实验原理
气体的绝热指数定义为气体的定压比热容与定容比热容之比，以K表示，即。
本实验利用定量空气在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气的绝热指数K。实验过程的P-V图如图1所示。图中AB为绝热膨胀过程；BC为定容加热过程。

图1 等容和绝热过程
AB为绝热过程，
（1）
BC为定容过程，
（2）
假设状态A和C温度相同，则。根据理想气体的状态方程，对于状态A、C可得：
（3）
将（3）式两边K次方得：
（4）
由（1）、（4）两式得，，再两边取对数，得：
（5）
因此，只要测出A、B、C三状态下的压力且将其代入（5）式，即可求得空气的绝热指数k。

三、实验装置
空气绝热指数测定仪由刚性容器，充气阀、排气阀和U型差压计组成，如图2所示。空气绝热指数测定仪以绝热膨胀和定容加热两个基本热力过程为工作原理，测出空气绝热指数。整个仪器简单明了，操作简便，有利于培养学生运用热力学基本和公式从事实验设计和数据处理的工作能力，从而起到巩固和深化课堂教学内容的实际效果。

图2 空气绝热指数测定装置示意图
1－有机玻璃容器；2－进气及测压三通；3－型压力计；4－气囊；5－放气阀门。

四、实验步骤
实验对装置的气密性要求较高。因此，在实验开始时，应检查其气密性。通过充气阀对刚性容器充气，使U型压差计的水柱达到左右，记下值，5分钟后再观察值，看是否发生变化。若不变化，说明气密性满足要求；若变化，说明装置漏气。若漏气，检查管路连接处，排除漏气。若不能排除，则报告老师做进一步处理。此步骤一定要认真，否则将给实验结果带来较大的误差。
气密性检查完毕后可开始实验。分以下几步进行：
首先使大容器内的气体达到状态A点。关闭放气阀，利用充气阀（即橡皮球）进行充气。使U型差压计的两侧有一个比较大的差值。等待一段时间，U型差压计的读数不再变化以后，记录下这时U型差压计的读数，则，为大气压力。
然后进行放气使大容器内的气体由A点达到状态B点。这是一个绝热过程，因此放气的过程一定要快，使放气过程中容器内气体和外界的热交换可以忽略。转动排气阀进行放气，并迅速关闭排气阀。这时U型差压计内读数在剧烈震荡不易读数，等U型差压计读数刚趋于稳定时立刻读出值，。
继续等待U型差压计的读数变化。等到读数稳定后，读取值，。稳定过程需要几分钟。
利用k_check.exe软件检查所测的实验数据，根据软件给出的结果总结操作中应该注意的问题。
重复上述步骤，多做几遍，进行数据处理。

五、数据记录及处理
序
号
状态A
状态B
状态C
K

1

2

3

六、思考问题：
1. 放气操作时应注意什么？原因是什么？
2. 把实验结果与标准值做比较，并分析造成误差的原因是什么。
3. 实验操作中的一个难点是读值，试分析的误差对结果的影响

附：k_check软件使用方法：
k_check软件是本实验室编制的一个检查实验数据的小程序。程序运行后，根据提示首先输入大气压值，然后依次输入，，值，程序就会给出计算出的绝热指数K。如果有几组数据需要检查，继续输入下一组，，值即可。

6

§1-2 饱和蒸汽压力和温度关系实验
一、 实验目的
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，从而建立液体温度达到对应液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念
通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p-t关系图表的编制方法
观察小容积的泡态沸腾现象
二、 实验设备
图 1
1 – 电接点压力表 2 – 保温棉 3 – 密封容器 4 – 观察窗 5 – 电加热器
6 – 机壳 7 – 调压器 8 – 温度计 9 – 测温管 10 – 蒸馏水
本实验使用可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪。实验装置主要由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表、调压器（0~220V）、电压表、水银温度计（0~200℃）、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃窗等组成（参见图1）。采用电接点压力表的目的，在于使用中能限制压力的意外升高，起到安全保护作用。
三、实验原理
　　考察水在定压下加热时水的状态的变化过程。随着热量的加入，水的温度不断升高。当温度上升到某温度值t时水开始沸腾。此沸腾温度称为该压力下的饱和温度。同样，此时的压力称为饱和压力。继续加热，水中不断产生水蒸汽，随着加热过程的进行，水蒸汽不断增加，直至全部变为蒸汽，而达到干饱和蒸汽状态。对干饱和蒸汽继续加热，由蒸汽的温度由饱和温度逐渐升高。水在汽化过程中，呈现出五种状态，即未饱和水、饱和水、湿饱和蒸汽、干饱和蒸汽、过热蒸汽。在汽化阶段，处于汽液两相平衡共存的状态，它的特点是定温定压，即一定的压力对应着一定的饱和温度，或一定的温度对应着一定的饱和压力。
四、实验方法和步骤
熟悉实验装置的工作原理、性能和使用方法
将调压器指针置于零位，然后接通电源。
将电接点压力表的上限压力指针拨到稍高于最高试验压力（如：0.7MPa）的位置。
将调压器输出电压调至170V，待蒸汽压力升至接近于第一个待测定的压力值时，将电压降至20-50V左右（参考值）。由于热惯性，压力将会继续上升，待工况稳定（压力和温度基本保持不变）时，记录下蒸汽的压力和温度。重复上述实验，在0~0.6Pa（表压）范围内，取5个压力值，顺序分别进行测试。实验点应尽可能分布均匀。
实验完毕后，将调压器指针旋回零位，并断开电源。
记录实验环境的温度和大气压力B。
注意事项：本装置允许使用压力为0.8MPa（表压），不可超压操作。
五、数据记录和处理
记录与计算
数据记录表
大气压力B
序 号
饱和压力 [MPa]
饱和温度 [℃]
误 差
参考压力值
压力表读值
绝对压力
温度计读数值
标准值t

1
0.2

2
0.3

3
0.4

4
0.5

5
0.6

绘制 p - t 关系曲线
将实验结果在p - t坐标系中标出，清除特殊偏离点，绘制曲线。
整理经验公式
将实验点绘制在双对数坐标中，实验曲线将基本呈一直线，所以饱和水蒸汽压力和温度的关系可近似整理成下列经验公式：

思考问题
1．调节调压器时应注意什么问题？
2．把实验结果与标准值做比较，并分析造成误差的原因

§1-3 气体定压比热的测定
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；计算中用到比热及混合气体（湿空气）方面的基本知识。本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，以利于培养同学分析问题和解决问题的能力。
一、 实验目的
了解气体比热测定装置的基本原理和构思
熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法
掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法
分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径

图 1
1 – 比热仪主体 2 – 温度计 3 – 流量计 4 – 风机
5 – 温度计 6 – 节流阀 7 – 电功率表 8 – 调压变压器

二、 实验装置
比热（）。气体的流量由节流阀控制，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℃以下气体的定压比热。
三、实验步骤
接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。
摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（）和湿球温度（）。
图 2
1 – 多层杜瓦瓶 2 – 电热器
3 – 均流网 4 – 绝缘垫
5 – 旋流片 6 – 混流网
7 – 出口温度计
冷空气
热空气

将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电热器功率，使出口温度升至预计温度 [可以根据下式预先估计所需电功率：。式中，W为电热器输入电功率（瓦）；为进出口温度差（℃）；为每流过10升空气所需时间（秒）]。
待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每10升气体通过流量计所需时间（，秒）；比热仪进口温度（，℃）-即流量计的出口出口温度；出口温度（，℃）；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（，毫米水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。
根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的干湿图查出含湿量（d，克/公斤干空气），并根据下式计算出水蒸汽的容积成分：

根据电热器消耗的电功率，可算得电热器单位时间放出的热量：
KJ/秒
干空气流量（质量流量）为：

公斤/秒
水蒸汽流量为：

公斤/秒
水蒸汽吸收的热量为：

KJ/秒
干空气的定压比热为：
KJ/（公斤﹒℃）五、四、数据记录和处理

B

W

注意事项
切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。
输入电热器的电压不得超过220伏。气体出口最高温度不得超过300℃。
加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤升骤除而破裂。
停止实验时，应先切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。

§1-4 二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验
一、实验目的及内容
了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识
加深对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解
掌握CO2的PVT关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧
学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法
图 1

测定CO2的 p--t 关系。在 p- 坐标中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。
测定CO2在低度于临界温度时（t=25℃，27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图4中的曲线比较。
观测临界状态
临界状态附近汽液两相模糊的现象
汽液整体相变现象
测定CO2的、、等临界参数，并将实验所得的值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。
二、实验设备
整个实验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图所示）。试验台本体如图所示。
对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、、t之间有：
或 (1)
图 2
1 – 高压容器 2 – 玻璃杯 3 – 压力油
4 – 水银 5 – 密封填料 6 – 填料压盖
7 – 恒温水套 8 – 承压玻璃管 9 – CO2空间
10 – 温度计。
恒温水
恒温水

本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-之间的关系，从而找出CO2的p--t关系。
实验中，由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。
实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出。
三、实验步骤
按图1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯
恒温器准备及温度调定
将蒸镏水注入恒温器内，注至离盖30~50mm。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。
旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。
视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需恒温。
观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时（或基本一致），则可认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所标定的温度。
当需要改变试验温度时，重复（2）~（4）即可。
3．加压前的准备
因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备，所以，务必认真掌握，其步骤如下：
关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。
摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。
先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。
摇进活塞螺杆，使本体充油。如此反复，直至压力表上有压力读数为止。
再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。
实验的原始记录
设备数据记录
仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度。
常规数据记录：
室温、大气压、实验环境情况等。
测定承压玻璃管内CO2的质面比常数K值
由于充进承压玻璃管内的质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测推，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容与其高度是一种线性关系。具体方法如下：
已知CO2液体在20℃，9.8时的比容（20℃，9.8）=0.00117
实际测定试验台在20℃，9.8时的CO2液体柱高度。（注意玻璃水套上刻度的标记方法）
（20℃，9.8）=

K-即为玻璃管内CO2的质面比常数
所以，任意温度、压力下CO2的比容为：

式中，
h - 任意温度、压力下水银柱高度
- 承压玻璃管内径顶端刻度
5．测定低于临界温度t=20℃时的定温线
将恒温器调定在t=20℃，并保持定温线
压力从4.41MPa开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。
按照适当的压力间隔取h值，直到压力p=9.8MPa。
注意加压后CO2的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度之间的关系以及液化、汽化等现象。要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表1。
测定t=25℃，t=27℃时其饱和温度和饱和压力的对应关系。
测定临界等温线和临界参数，并观察临界现象。
按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力和临界比容，并将数据填入表1。
观察临界现象
a）整体相变现象
由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽液是以突变的形式相互转化。
b）汽、液两相模糊不清现象
处于临界点的CO2具有共同参数（p、、t），因而不能区别此时CO2是气态还是液态。如果说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；如果说它是液体，那么，这个液体是接近气态的液体。下面，就来用实验证明这个结论。因为这时是处于临界温度下，如果按等温线过程来进行，使CO2压缩或膨胀，那么，管内是什么也看不到的。现在，我们按绝热过程来进行。首先在压力等于附近，突然降压，CO2状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内CO2出现了明显的液面。这就是说，如果这时管内的CO2是气体的话，那么，这种气体离液区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀这后，突然压缩CO2时，这个液面又立刻消失了。这就告诉我们，CO2这时液体离气区也是非常接近的，可以说是接近气态的液体。既然，此时的CO2既接近气态，又接近液态，所以能处于临界点附近。可以这样说：临界状态究竟如何，就是饱和汽、液分不清。这就是临界点附近，饱和汽、液模糊不清的现象。
测定高于临界温度t=50℃的等温线。将数据填入原始记录表1
四、实验数据记录
表1 数据记录表
T=20℃
t=31.1℃（临界）
t=50℃
P

现
象
P

现
象
P

现
象

进行各等温线实验所需时间
分钟
分钟
分钟

五、实验结果处理和分析
按表1的数据，如图在p-坐标系中画出三条等温线。
将实验测得的等温线与图4所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及其原因。
将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图3给出的曲线相比较。
将实验测定的临界比容与理论计算值一并填入表2，并分析它们之间的差异及其原因。
表2 临界比容
标准值
实验值

0.00216

图3 CO2饱和温度和压力关系曲线

图4 标准曲线
思考问题：
实验中为什么要保持加压或降压过程的缓慢进行？
分析实验中有哪些因素会带来误差？

§1-5 喷管特性实验
一、 实验目的
验证并进一步加深对喷管中气流基本规律的理解，建立临界压力、临界流速和最大流量等喷管临界参数的概念
比较熟练地掌握用热工仪表测量压力（负压）、压差及流量的方法
明确渐缩喷管出口处的压力不可能低于临界压力，流速不可能高于音速，流量不可能大于最大流量
明确缩放喷管中的压力可以低于临界压力，流速可高于当地音速，而流量不可能大于最大流量
图2 喷管实验装置系统
1. 实验段（喷管）； 2. 孔板； 3. 探针移动机构；
4. 孔板压差计 5. 调节阀； 6. 真空泵；
7. 风道入口； 8. 背压真空表； 9. 探针连通的真空表；
10. 稳压罐 11. 调节阀 12. 实验台支架
图1 探针测压简图
1. 管道； 5. 测量喷管各截面压力的压力表；
2. 喷管； 6. 测量喷管入口压力的压力表；
3. 探针； 7. 测量喷管排气管道中压力（背压）的压力表
4. 测压孔；
对喷管中气流的实际复杂过程有所了解，能定性解释激波产生的原因
二、 实验装置
喷管各截面上的压力采用探针测量，如图所示，探针可以沿喷管轴线移动，引压孔也随之移动，从而达到测定喷管内各截面上的压力的目的。
实验所需的设备和仪器仪表有：喷管实验段（渐缩喷管和缩放喷管各一个）、流量计、压力表、水银温度计和气源设备等。 实验装置系统如图所示，采用真空泵作为气源设备，装在喷管排气侧。喷管入口的气体状态用测压计6和温度计测量。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8测量，喷管各截面上的压力用探针测取，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9读取。 当实验中要求喷管入口的压力不变时，风道上装有调节阀11，可根据流量增大或减小孔板压差的变化，适当开打或减小调节阀，使实验段1前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用调节阀5控制，气罐10起稳定排气管压力的作用。
实验装置配上电子测试系统后，能自动采集和处理实验数据，显示打印出实验结果。

三、实验原理
1．喷管中气流的基本原理
由连续方程

微分后，得 （1）
（2）由能量方程

对于定熵稳定流动过程，能量方程也可写成

从而 （2）
可见，当气体流经喷管速度增加时，压力必然降低。
（3）由状态方程

微分后，得 （3）
式（2）代入式（3），再代入式（1）中
此外，马赫数M=c/a，而
最后得到： （4）
显然，要使喷管中气流加速，当M<1时，喷管应为渐缩型（dA<0）；当气流M>1时，喷管应为渐扩型（dA>0）。
2．气体流动的临界概念
喷管中气流的特征是dp<0，dc>0，dv>0，三者之间互相制约。当某一截面的速度达到当地音速时，气流处于从亚音速变为超音速的转折点，通常称为临界状态。此时，该截面上的压力成为临界压力Pc。临界压力与喷管入口压力P1之比称之为临界压力比：。
经推导得到：
（5）
对于空气，n=0.528
当渐缩喷管出口处气流速度达到音速或缩放喷管喉部达到音速时，通过喷管的气体流量便达到了最大值（），或成临界流量。可由下式确定：
（6）
式中：—最小截面积（对于渐缩喷管即为出口处的流通截面积；对于缩放喷管即为喉部的截面积。本实验台的两种喷管最小截面积均为11.44）。
3．气体在喷管中的流动
（1）渐缩喷管
渐缩喷管因受几何条件（dA<0）的限制。有式（4）可知：气体流速只能等于或低于音速（）；出口截面的压力只能高于或等于临界压力（）；通过喷管的流量只能等于或小于最大流量（）。根据不同的背压（），渐缩喷管可分为三种工况，：
A．亚临界工况（），此时

B．临界工况（），此时

C．超临界工况（），此时

（2）缩放喷管
缩放喷管的喉部dA=0，因而气流可达到音速（c=a）；扩大段dA>0，出口截面处的流速可超音速（c>a），其压力可低于临界压力（P2<Pc），但因喉部几何尺寸的限制，其流量的最大值仍为最大流量（）。
气流在扩大段能做完全膨胀，这时出口截面处的压力称为设计压力（Pd）。缩放喷管随工作背压不同，也可分为三种工况：
A．背压等于设计背压（Pb=Pd）时，称为设计工况。此时气流在喷管中能完全膨胀，出口截面的压力与背压相等（P2=Pb=Pd），在喷管喉部，压力达到临界压力，流速达到音速，在扩大段转入超音速流动，流量达到最大流量。
B．背压低于设计背压（Pb<Pd）时，气流在喷管内仍膨胀到设计背压。当气流一离开出口截面便与周围介质汇合，其压力立即降至实际背压值，流量仍为最大流量。
C．背压高于设计背压时，气流在喷管内膨胀过度，其压力低于背压，以至于气流在未到达出口截面处便被压缩，导致压力突然跃升（即产生激波），在出口截面处，其压力达到背压。激波产生的位置随着背压的升高而向喷管入口方向移动，激波在未到达喉部之前，其喉部的压力仍保持临界压力，流量仍为最大流量。当背压升高到某一值时，将脱离临界状态，缩放喷管便与渐缩喷管的特性相同了，其流量低于最大流量。
四、实验步骤
装上所需的喷管，用“坐标校准器”调好“位移坐标板”的基准位置。
打开罐前的调节阀，将真空泵的飞轮盘车旋1~2转，一切正常后，全开罐后调节阀，打开冷却水阀门。然后启动真空泵。
测量轴向压力分布
（1）用罐前调节阀调节背压至一定值（见真空表读数），并记下该数值。
（2）转动手轮，使测压探针向出口方向移动。每移动一定距离（一般约2～3mm）便停顿一下，记下该测点的坐标位置及相应的压力值，一直测至喷管出口之处。于是便得到一条在这一背压下喷管的压力分布曲线。
（3）若要做若干条压力分布曲线，只要改变其背压值并重复步骤（1）～（2）即可。
4．流量曲线测试
（1）把测压探针的引压孔移至出口截面之外，打开罐后调节阀，并关闭罐前调节阀，启动真空泵。
（2）用罐前调节阀调背压，每变化20～30mmHg便停顿一下，同时将背压值和U型管压差计的读数记下来。当背压升到某一值时，U型管压差计的液柱便不再变化(即流量已达到了最大值)。此后尽管不断地降低背压，但U型管压差计的液柱仍保持不变，这时，再测2~3点。至此，流量测量即可结束。
5．打开罐前调节阀，关闭罐后的调节阀，让真空罐充气；2—3分钟后停闭真空泵，立即打开罐后调节阀，让真空泵充气(防止回油)；最后关闭冷却水阀门。

五、实验数据处理
1．压力值的确定
（1）本实验装置采用的负压系统，表上读数均为真空度，必须换算成绝对压力值：
（7）
式中：Pa—大气压力（mbar）；
P(v)—用真空度表示的压力
（2）由于喷管前装有孔板流量计，气流有压力损失。本实验装置的压力损失为压力为U型管压差计读数（DP）的97%。因此，喷管入口压力为：
（8）
（3）喷管中空气的临界压力Pc=0.528P1，在真空表上的读数（即真空表）为：
（9）
式中各项，计算时必须用相同的压力单位，大致判断约为380mmHg。
2．喷管实际流量的确定
喷管中的空气流量是通过喷管前的孔板流量计来确定的，计算公式为：
（Kg/s） （10）
式中：e—流束膨胀系数；

b—气态修正系数；

n—几何修正系数（约等于1.0）
DP—U型管压差计读数（mmH2O）
—室温（℃）
Pa—大气压力（mbar）
一般地，e、b、n的乘积近似地是一个常数，即可以认为m～DP在实验中的关系，可以用～来表达流量曲线的变化情况。
此外，由于喷管内气流的摩擦而形成边界层，从而减少流通面积，因此，实际流量必然小于理论值，按式（10）计算的实际最大流量也必然小于按式（6）计算出来的理论最大流量。
实验记录表
一、渐缩喷管 大气压____mmHg
压力分布
测压位置
mm
背压
mmHg
孔板流量计压降DH mm
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
35
40
45
50
55
60
h左
h右

150

380

450

流量曲线
背压mmHg

孔板流量计压降
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
H左mmH2O

H右mmH2O

二、缩放喷管
压力分布
测压位置
mm

背压
mmHg
孔板流量计压降
DH mm
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
35
40
45
50
55
60
h左
h右

150

450

650

流量曲线
背压mmHg孔板流量计压降
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
H左mmH2O

H右mmH2O

实验报告要求
简述实验目的，原理和装置操作步骤；
实验原始数据记录表格；
绘制不同工况下喷管内的压力分布曲线P/P1～X，并作讨论；
绘制流量曲线，并分析特征；
根据条件计算喷管最大流量的理论值，且与实验值比较。

六、思考问题：
实验前应如何选定实验条件（喷管的入口压力和背压等）才能观察到膨胀不足、膨胀过度等各种工况下的流动现象？
实验测定结果和理论计算结果有什么不同？试分析原因

实验中利用计算机自动采集数据操作说明：
实验前的准备工作：
测量前将负压和压差电位器进行调整，使负压和压差直流输出信号为零
测量喷管压力变化情况时，应使a和b间电压保持在8.7伏，使c和d间电压保持在1.3伏。
摇动手轮使探针测压孔对准喷管入口零处（指针对准标板零刻度即可），并使位移信号电压输出为0伏，如果不为0伏则调整稳压器微调e使之为0伏，然后再摇动手轮使探针测压孔对准喷管出口处（指针对准坐标刻度35mm处即可），并使位移信号电压输出为3.5伏，如果不是3.5伏，则调整稳压微调f使之为3.5伏（0伏和3.5伏要反复多次才能调好）。
实验中计算机操作：
起动真空泵，使真空度达到最大（约为0.09MPa）在放大器的II、I上分别调整输出放大倍数，使测压输出≦5伏，测流量输出在3~5伏之间。
以上动态测试完成后，打开计算机。进入Window系统，运行本实验软件PG.EXE
负压与位移信号的测量
转动罐前调节阀改变背压，使负压为某一值如0.03MPa。
选择初始化（inicianite）菜单项，设定负压与位移数据采样时间t，缺省选择t=30秒钟。
选择p-x菜单项，选择开始（start）按钮，同时打开电机驱动开关。
当位移x指针到达50mm刻度处，关闭电机驱动开关，约30秒后可以得到一条p-x曲线。
调节背压，使负压为另一值（如0.04MPa）重复以步骤，可得到另一条p-x曲线。
流量的测量
用初始化菜单进行压差传感器标定。当负压为0.09MPa时，根据U型管的压差数值，用滚动条，输入压差传感器的压差值U，缺省时U=400mmH2O。
选择流量菜单后，按下开始（start）按钮。经3秒延迟后，缓慢转动背压调节阀，则负压值由0缓变到0.09MPa，此过程需要30秒钟。
约30秒钟后，可以得到m-Pb/P1曲线。
曲线数据存盘与打印
压力流量采样结束后，采样所得数据可在文件菜单中选择save按钮存盘。P/P1-x曲线存盘文件的扩展名为PGP，m-Pb/P1曲线存盘文件的扩展名为PGM。
选择相应的菜单还可以对存盘的文件进行显示和打印。

§1-6 小型压缩机性能实验
一、实验目的
压气机在工程上应用广泛，种类繁多，但其工作原理都是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体，压气机的压缩指数和容积效率等是衡量其性能优劣的重要参数，本实验是利用微机对压气机的有关参数进行实时动态采集，经计算处理得到展开的和封闭示功图，从而获得其平均压缩指数n，容积效率，指示功,指示功率P等性能参数。
图1
1. 空气压缩机 2. 压力传感器 3. 飞轮 4. 磁电传感器 5. 电机 6. 进气口 7. 压力表
8. 贮气罐 9. 排气控制阀 10. 动态应变仪 11. 端子板 12. A/D转换板 13. 计算机 14. 打印机

二、 实验装置及测量系统
本实验装置主要由压气机和与其配套的电动机及测试系统组成，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。
压气机的型号：Z-0.03/7
气缸直径：D=70mm，活塞行程：L=20mm，余隙距离=1.51mm；
连杆长度：H=70mm，转速：n=1400转/分；
为获得反映压气机性能的示功图，在压气机缸上安装了一个应变式压力传感器，供实验时输出气缸内的瞬态压力信号。该信号经桥式整流以后至动态应变仪放大；对应着活塞下止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞下止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，已达到压力和曲柄转角信号的同步。这两路信号分别经放大后送入A/D板转换为数值量，然后送到计算机，经计算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。
三、 实验原理
指示功和指示功率
指示功是压气机进行一个工作过程，压气机所消耗的功，即

式中：S-测面仪测定的P-V图上工作过程线所围的面积（）；
K1 –单位长度代表的容积（）；即
L-活塞行程；
-活塞行程的线段长度（mm）；
K2 –单位长度代表的压力（at/mm）；即；
P2-压气机排气工作时的表压力（at）；
-表压力在纵坐标上对应的高度（mm）；
P-指示功率，即：单位时间内压气机所消耗的功，可用下式表式：
（KW）
式中N-转速（转/分）。

平均多变压缩指数
压气机的实际压缩过程等价于定熵压缩之间。即多变指数n的范围为1<n<k，因为多变过程的技术功是过程功的n倍，所以n等于P-V图上压缩过程线与纵坐标轴围成的面积同压缩过程线与横坐标轴围成的面积之比。
容积效率（）
由容积效率