本科生教育

《热工基础》实验教学大纲

课程编号08121021, 08121022, 08121023大纲执笔人陈禹绩

课程名称热工基础大纲审批人戴苏明

英文名称: Fundament of Heat Engineering

课程学时: 36学时 实验学时: 36学时

实验室名称热能与建环实验室

实验课性质独立设课

适用专业热能与动力工程、建筑环境与设备工程

一、本课程实验教学目的与要求

配合工程热力学、工程流体力学和传热学课程的理论教学,培养学生运用热力学的基本理论和公式,解决实际问题的能力。掌握空气比热、绝热指数以及水蒸气温压关系的测定方法,并熟练使用各种仪器和装置;了解流体力学测量设备的原理和使用方法。通过实验成果的分析和讨论,掌握实验数据的处理方法,加深对流体力学基本概念的理解。重点掌握毕托管测速、能量方程的验证、沿程水头损失的测量以及局部阻力损失的测量;使学生得到对传热过程的感性认识。通过对实验原理的了解和对实验操作的实践,使学生能在动手过程中达到深化知识,促进思考和培养技能的目的。对带有设计特点的实验,可启发和指导学生通过开放实验室的方式进行选做。

二、主要仪器设备及现有台套数

电阻网络模拟热系统实验装置2套直流稳压电源2套

伸展体传热特性试验装置2套低压大电流直流电源4套

测定空气横掠单管时平均换热系数试验装置2套数字电压表6套

空气横掠圆柱时局部换热系数测定试验装置2套电位差计6套

斜管微压计4套水平加热圆管5套双试件平板导热试验装置2套

空气绝热指数测定仪2台 饱和蒸气压力和温度关系实验仪2台

气体比热测定装置2台

能量方程实验台3套动量方程实验台1套

毕托管测速实验台3套雷诺实验台1套

沿程水头损失实验台3套局部阻力损失实验台3套

 

三、实验课程内容和学时分配

序号

实验项

目名称

目的要求

 

学时分配

 

实验类型

 

每组人数

 

必开选开

1

空气绝热指数测定

学习测量空气绝热指数的方法,思考影响实验精度的因素。

2

验证

2

必开

2

饱和蒸气压力和温度关系实验

了解该仪器的测量原理和结构,掌握水蒸气温度和压力的测定方法。

2

验证

2

必开

3

气体定压比热测定实验

掌握空气比热测定的方法,熟悉温度、压力、热量、流量的测量。

2

综合

2

必开

4

能量方程实验

验证能量方程,学会实验设备的调试

2

验证

2

必开

5

动量方程实验

验证动量方程,学会实验设备的调试

2

验证

2

选开

6

毕托管测速实验

加深理解毕托管的工作原理

2

验证

2

必开

7

雷诺实验

验证雷诺实验,掌握层流和紊流的概念

2

验证

2

选开

8

沿程水头损失实验

验证沿程阻力的影响因素,掌握阻力测定方法

2

验证

2

必开

9

局部阻力损失实验

验证局部阻力的影响因素,掌握阻力测定方法

2

验证

2

必开

10

二维导热体温度场的电模拟实验

了解电热类比的原理及边界条件的处理方法,通过电压测量,求出墙角导热的温度场,描绘等温线,并计算墙体散热量。

2

验证

2

必开

11

具有对流换热表面的伸展体传热特性试验

通过实验手段测出沿伸展体表面的过余温度分布,并通过对实验数据的处理,求出换热系数的分布规律。

2

验证

2

必开

12

空气横掠单管时平均换热系数的测定

了解实验装置的使用,掌握测量空气流速和管壁温度的方法,通过对数据的处理获得反映空气横掠单管时换热规律的准则方程。

2

综合

2

必开

13

空气横掠圆柱时局部换热系数测定

了解实验装置的原理,通过对测量数据的分析与整理,获得热力参数沿周向的变化规律并分析换热系数变化的物理机理。

2

综合

2

必开

14

空气绕水平圆管自然对流换热实验

测定空气绕水平圆管自然对流换热系数,将实验数据整理成准则方程。通过实验,了解自然对流换热的研究方法。

6

设计

2

选开

15

平板状工程材料导热系数测定

巩固导热理论知识,并通过本实验掌握平板状工程材料导热系数测定技术。

2

验证

2

选开

 

四:实验项目的内容和要求

1. (1)实验项目名称空气绝热指数测定

(2)实验内容:通过绝热膨胀,定容加热至初温的热力学过程,测出三状态下的压力值,从而求出绝热指数K。

(3)实验要求:学习测量空气绝热指数的方法,思考影响实验精度的因素。

2. (1)实验项目名称饱和蒸气压力和温度关系实验

(2)实验内容:正确使用该仪器,在保持工况稳定的情况下,测出饱和蒸气的压力和相应温度值,并绘制p-t关系曲线和整理经验公式。

(3)实验要求:了解该仪器的测量原理和结构,掌握水蒸气温度和压力的测定方法。

3. (1)实验项目名称气体定压比热测定实验

(2)实验内容:被测空气由风机经流量计进入比热仪主体后流出,在此过程中进行测温、测压、测流量,并查相应的物性参数,进而计算出空气的定压比热值。

(3)实验要求:掌握空气比热测定的方法,熟悉温度、压力、热量、流量的测量,在计算中应用比热及湿空气的基本知识。

4. (1)实验项目名称能量方程实验

(2)实验内容:通过各种不同管道形状的不同位置,测定全压、静压,通过各个测压管的水头高度观察能量守恒道理,最后根据测量结果画出总水头线和测压管水头线。

(3)实验要求:通过实验要求学生验证能量守恒方程原理。

5. (1)实验项目名称动量方程实验

(2)实验内容:通过实验,测定动量和力,经过计算验证动量定理。

(3)实验要求:通过实验验证动量方程。

6. (1)实验项目名称毕托管测速实验

(2)实验内容:通过毕托管测定实验,掌握全压、静压、动压的概念,通过实验数据处理和分析,掌握全压、静压和动压的关系。

(3)实验要求:通过实验掌握毕托管的使用。毕托管是最重要的测量设备,要求学生必须熟练使用。

7. (1)实验项目名称雷诺实验

(2)实验内容:通过雷诺实验,掌握层流和紊流的概念,掌握实验设备的使用和调试。

(3)实验要求:要求学生掌握流速对流态的影响。

8. (1)实验项目名称沿程水头损失实验

(2)实验内容:主要测定层流状态下的水头损失,感性上了解流速等因素对阻力的影响。数据处理要求画出阻力系数和雷诺数之间的关系曲线。

(3)实验要求:要求学生学会操作该实验设备,掌握沿程阻力损失的影响因素。

9. (1)实验项目名称局部阻力损失实验

(2)实验内容:在不同流速下测定局部阻力损失系数。

(3)实验要求:要求掌握局部阻力系数的内涵,局部阻力系数的影响因素。

10.(1)实验项目名称二维导热体温度场的电模拟实验

(2)实验内容:分别给等温边界条件和对流边界条件下的电阻网络装置加上合适的电压,逐点测量节点的电压值,根据所测的数据,计算两种边界条件下墙角各相应节点的温度值。将算得的温度分布值标在方格纸上,并绘出三条等温线。根据提供的假定数据,求出墙角每米高度的散热量。

(3)实验要求:了解电热类比的原理及边界条件的处理方法,通过电压测量,求出墙角导热的温度场,描绘等温线,并计算墙体散热量。

11(1)实验项目名称具有对流换热表面的伸展体传热特性试验。

(2)实验内容:打开风机,将置于风道中的紫铜中空管两端加热,待工况稳定后,沿杆长逐点进行过余温度的测量。通过对实验数据的处理,求出沿杆长换热系数和过余温度的分布规律并绘出曲线。

(3)实验要求:通过实验手段测出沿伸展体表面的过余温度分布,并通过对实验数据的处理,求出换热系数的分布规律。

12.(1)实验项目名称空气横掠单管时平均换热系数的测定

(2)实验内容:将不同管径的试件分别置于风道中,以合适的电流加热,改变空气流速,测出试件的电流,电压,壁温以及空气的动压和环境温度。对获得的数据进行计算处理,求出反映空气横掠单管时换热规律的准则方程。

(3)实验要求:了解实验装置的使用,掌握测量空气流速和管壁温度的方法,通过对数据的处理获得反映空气横掠单管时换热规律的准则方程。

13.(1)实验项目名称空气横掠圆柱时局部换热系数测定

(2)实验内容:将圆柱体试件置于风道中,风量调至最大。对圆柱表面的不锈钢薄片通以某一稳定合适的电流进行加热,待工况稳定后,从0°开始,每5°选择一个测点,直至180°。读取37个测点的气流压力值,壁温及电流,电压和气流温度。将测量数据及计算的有关量建成表格并绘制努谢尔特数、动压和周向角度关系曲线图。

(3)实验要求:了解实验装置的原理,通过对测量数据的分析与整理,获得热力参数沿周向的变化规律并分析换热系数变化的物理机理。

14.(1)实验项目名称空气绕水平圆管自然对流换热实验

(2)实验内容:选定合适的电流,分别给五根直径不同的水平圆管加热,达到热稳定以后,测出圆管的壁温同时记录密封房内空气的温度,将实验数据通过图解法或平均值或线性回归法,整理成准则方程

(3)实验要求:在老师的指导下,学生自行选择测量仪器,设计实验方案,分析实验过程中的误差因素,并提出实验装置和方法的改进意见。

15.(1)实验项目名称平板状工程材料导热系数测定

(2)实验内容:分别将防护加热器与各自的直流稳压电源接通,调节恒温水浴至所需冷却水温度并启动。接通稳压电源并调至所需的主加热器功率及环加热器功率。测量8对热电偶的电势,加热器要做相应的调整,以保证传热是一维的。每隔15分钟,测定8点温度,每一温度水平下测3次,在达到热稳定下计算出导热系数。改变主环加热器温度,重复多次改变工况,可得出导热系数与平均温度的关系式。

(3)实验要求:巩固导热理论知识,并通过本实验掌握平板状工程材料导热系数测定技术。

五、考核方式

1.实验报告:实验报告要求规范,清楚。报告内容:(1)实验目的(2)原理简述(3)仪器设备(4)实验步骤(5)原始数据记录(6)数据计算与处理(包括表格与曲线)(7)问题讨论

2.考核方式

(1)实验课的考核方式:根据实验预习、实验态度、实验能力、实验结果、实验报告质量等各方面情况进行考核。

(2)实验课考核成绩确定:本实验课程为独立设课,实验报告占20%,平时实验操作占50%,实验操作考核占30%。

六、实验教材、参考书

1、《工程热力学实验指导书》 苏州大学热能与动力工程系编2004年5月

2、浙江大学水利实验室编写.工程流体力学实验指导书与报告.随实验设备提供

3、《传热学实验》 苏州大学热工实验室编2004年9月

4、《沈维道、蒋智敏、童钧耕合编工程热力学》(第三版),高等教育出版社2001年6月

5、周云龙等编著《工程流体力学》,中国电力出版社,2004年

6杨世铭、陶文铨编著《传热学》(第三版),高等教育出版社,1998年12月

 


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