供暖通风与空气调节.docx
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供暖通风与空气调节
●供热通风及空气调节专业
实验指导书
机电及环境工程系
环境工程教研室
前言
高等职业技术学院在加强理论教学的同时，必须加强实践性教学环节，而实验课则是实践性环节的重要组成部分。
因此，加强实验课教学，切实着眼于学生动手能力以及计算能力的培养势在必行。
根据供热通风和空气调节专业高等职业教育教学计划和教学大纲的要求，编写了本书。
主持参及本书编写的教师有：
主编：
谭翠萍刘新民
参编人员：
刘奇王文琪李常在赵宜华
实验指导书在实施过程中，若有不妥之处，恳请各位教师指正，使其日臻完善。
编者
二OOO年
第一篇流体力学系及风机
实验一静力学方程实验
一、实验目的
1．理解静力学方程的物理意义及几何意义。
2．巩固表压力，大气压和真空值的概念和测量方法。
3．了解静压力特征性；压力随水深而变，及方位角无关。
‘
4．了解测定未知液体重度γ的方法。
二、实验设备
采用成都科技大学机械系研制的SP-I型静力学方程仪，其结构示意图如下：
1、升降机构
2、压力传感器
3、活动容器
4、密闭容器
5、底座
6、塑料阀门
7、立柱
8、台面
9、付测压排架
10、主测压排架
SP-Ⅰ型静力学方程仪结构示意图
三、实验原理
在重力场下处于静止状态的不可压缩均质液体，其基本方程是
Z+
=const
对于有自由表面的液体
P=Po+rh
式中Z-单位重量液体相对于基准面的位势能（m）；
-单位重量液体的压力势能（m）；r-液体的重度（kg.f/m3）/；h-液体内部任一点到液体自由表面的距离（m）；Po-液体自由表面上的静压力（N/m2）；P-液体内部任一点的静压力（N/m2）。
该装置即利用连通器原理，改变活动容器的高度，用以改变密闭容器中液体自由表面上的Po，从而改变P值。
但任一点的Z+
=const。
四、实验步骤
1．熟悉实验设备各个部件的性能和作用。
2．验证静力学方程，将左侧密闭容器进出口阀门打开，把活动容器调至中间位置，并使其液面及密闭容器液面调平。
然后关闭通气阀门，旋转齿轮使活动容器升至最高点，待水柱稳定后，观察并记录
▽10、▽11、Z10、Z11，读数于表一中。
▽10＝Z10＋
▽11＝Z11＋
如▽10＝▽11
则Z10＋
＝Z11＋
＝const
·6·
式中：
▽10▽11为（10）、（11）管的读数；P10、P11为（10）、（11）管口处静压力；Z10、Z11为以测压管口点为基准线（10）、（11）管进口处的位置高度。
3、计算酒精的重度γ＇
（9）、（10）U型测压管中盛有水，⑴，⑵U型压管中盛有红色酒精。
由于⑼、⑴管同及密闭容器的气体相通。
⑽、⑵管及大气相通，其液面压力为Po，所以（9）、
（1）管中液面的表压力分别为：
P0＝γ（▽11－▽10）
P0＝γ＇（▽2－▽1）
所以γ＇＝
式中：
Po为密闭容器液面上空气压力，▽1，▽2为
（1）
（2）管的读数，γ水的容重，γ＇酒精容重，其余同上。
把读数记录于表二中。
做完后关闭第一密闭容器进水阀门。
4．测试表压力。
将中间密闭容器进出阀门打开，把活动容器处于中位并把液面及之调平。
然后再把活动容器升高，此时在u型管（3）（4）出现的高差即为表压力Pg。
Pg＝P-Pa＝γh＝γ＇（▽4－▽2）
式中▽2、▽4为（3）、（4）测压管读数。
5．测试真空度Pu，将右侧密闭容器进出口阀门打开；使活动容器处于中位置、并把液面及之调平，然后关闭进气阀门，使活动容器降至最低点，待测压管液面稳定后，观察并记录▽5及▽6的读数记表二中。
6、大气压Pa，此时，侧密闭容器通气阀门打开，则▽1▽2处于水平，即表示ρo＝pa
7、演示静压力特性
将活动容器移动到最低位置，使压力传感器旋转至容器上端，然后升高活动容器，可读三点压力（包括零点）记入表三中，观察⑺、⑻U型管压力变化情况，最后转动传感器方位角，再观察压力是否有变化。
最后画出h~p关系曲线，并写出压力及水深和方位角变化结论。
五、实验报告（见附表）
六、讨论及建议
1、采用什么条件可以改变密闭容器自由表面上的p0值？
如何实现p0＞pa及p0＜pa？
2、为什么p0为表压力真空值？
3、这种测试重度γ＇的方法，可否用于工业生产？
4、你对本实验的评价和建议？
实验二流线演示实验
一、实验目的
1、了解流线特性，观察各种绕线模型的流线谱及卡门涡街现象。
2、对比园柱体在静止及作相对运动时附面层分离点的变化情况。
3、观察各种管道内部流动现象。
二、实验设备
采用成都科技大学机械系研制的WT-Ⅱ型烟风流线仪其结构图如下：
1、整流网2、排烟管3、观察室口4模型旋扭
5、模型6、日光灯7、琴键开关8、尾流栅
9、调整螺栓10、烟风管生筒11、尾风管调整阀门12、吹风机
13、送烟管
三、实验原理
本装置系采用欧拉法在观察室内观察流场中某一瞬间气体质点流动规律。
它是一个小型多功能，烟风流线演示仪器。
烟风的产生是将卫生香（捆成一束）点燃后放入烟风发生筒内，靠吹风机供气产生烟风，然后再经过送烟管送至排烟管的气囊中。
这一段为送烟系统。
从整流网至尾水管为演示段，它是靠吹风机处形成负压区，实现烟风流动。
为了节约实验教学时间，扩大学生眼界，在观察室内一次可挂两种模型，既可挂绕流模型，也可挂内流管道模型。
对圆柱体模型还可所作静止及相对运动对比的流线谱实验。
四、实验步骤
1、熟悉仪器结构性能，接通电源，接下琴链开关，打开照明日光灯及吹风机。
2、点燃卫生香，放置在烟管生筒中，接回送烟系统。
3、调整尾风管开度或送风软管螺旋夹子开度，使烟条达到清晰稳定。
4、调整模型旋纽，观察不同位置模型的流线分布状况，并绘制流线谱，根据流线特性，分析产生各种观察的，印证理论及现象。
5、园柱体模型，先做静止状态，按下运动小电机档。
再作相对运动，观察园柱体附面层分离点的变化情况，说明分离可控理论。
6、改换模型，一组模型做完应，如要作另一组模型，将观察室后门板打开，取下原模型，换上新模型，会上门板（要到位）即可重新演示。
7、如果烟条未能喷射到模型的理想部位，可调整排烟管角度，直到理想位置为止。
五、实验报告
测线观察记录及分析
类
型
模型
名称
流线谱
分析意见
备注
线
流
内
流
相
对
运
动
实验日期：
年月日实验者
六、讨论及建议
1、观察室内看到的是流线或是迹线，两者有无区别？
2、根据流线特性理论，所观察的流线谱图形是否及它一致？
3、你对实验有何评价和建议？
实验三伯努利方程实验
一、实验目的
1．验证伯努利方程并观察测压管水头变化情况，了解流体在流劝中能量互相转换关系。
2．练习用容积法测量流量方法。
3．绘制能量转换及守恒的柱状图。
二、实验设备
采用成都科技大学研制的RB—Ⅱ型雷诺及伯努利方程实验装置伯努利方程实验部分，结构图如下：
雷诺及伯努利方程实验装置结构示意图
1．恒水位箱2.脚架3.横杆4.玻璃转子流量计5.台面6.试管7.测压管排架
三、实验原理
实际粘性流体在重力场中沿着管道作定常流动时，它遵循的伯努利方程为
h1＋
＋
＝h2＋
＋
+Σhψ................
（1）
Σhw=Σhf+Σhi.................
（2）
式中：
h位置势能；Po/ρg压力势能；
为动能；Σhw阻力损失；
hf沿程阻力损失；hi局部阻力损失；a动能修正系数。
若流体处于静止状态时V1=V2=0；Σhw=0因管道是水平放置，所以h1=h2，于是
（1）式可化简为
＝
H..................（3）
式中：
H恒水位箱内液面高度。
此时备测压管水住高度应处于水平状态。
若流体开始流动，时部分压力能将转化为动能，则
（1）式转化为
+
=
+
+Σhw.................（4）
根据连续方程流速V及断面A成反比，断面小的V大即动能大，则压能必小，反之V小压能必大。
此时在测压管排架上显示出其不意高低不同的一组曲线，这充分的反映了各种能量的转化关系。
四、实验步骤
1．熟悉实验装置，掌握试管断面面积及测压管对应关系。
2．打开进水阀，使水充满水箱，并保持溢流。
3．排除测压管内及试管内的气体，可利用排气管吹气撞击法使气体逸出，如伯努利管大管径上部有气，打开其最高处的排气管排出。
4．逐渐开启试管尾阀，观察各测压管液面高度变化情况，等曲线处在测压管排架中间地置，停止阀门调正。
用流体力学原理说明曲线形成的原因及其规律性。
5．待出口阀保持在某一开度时，记录各测压管水柱高度，测定管中流量，计算各断面动能，然后再以
（1）式验证之，看是否及方程式相符合。
6．操作管式毕托管，分别将小孔对准流向或平行流向，测读其全压及静压水柱的高度。
从而验证是否符合伯努利方程。
五、实验报告
（表见下页）
六、讨论及建议
1．测压管中的水柱高是绝对压力或表压力？
如果管中任何地方留有残存气泡将会对测量压力带来什么影响？
2．能否将上表计算成果绘成柱状图形？
以表示能量守恒定律？
3．你对该实验有何评价或建议。
伯努利方程演示实验记录及计算表
断面编号
内径d
（cm）
面积
A
（cm2）
充量（cm3）
时间
（sec）
平均流速
V
Cm/sec
动能
（cm）
测压管高度
h+
（cm）
总水头
h+
+
Σnw
I总—Ii总
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
实验日期年月日实验者
实验四雷诺实验
一、实验目的
1．观察液体运动的两种流态，建立层流，紊流感性认识。
2．了解临界雷诺数的测定和计算方法。
二、实验装置
采用成都科技大学机械系研制的RB—Ⅱ型雷诺及伯努利方程实验装置的雷诺实验部分，结构图如下：
雷诺及伯努利实验装置结构示意图
1．恒水位箱2.脚架3.横杆4.玻璃转子流量计5.台面6.试管7.测压管排架
三、实验原理
雷诺公式：
Rg=
式中：
d管内径；γ流体运动粘度；对该装置来说,d、V可近似看成常量，所以Re∞V，即流态随平均流速而变，改变流速即可改变流态。
不管什么性质的充体介质（P，μ）不论多大的直径（d）在管流中的Re<2000的流动就是层流，反是Re>2000的流动就属于紊流。
因此临界雷诺数又叫判别准数。
四、实验步骤
1．对照实验装置，了解其结构及各个部件的性能和作用。
2．打开进水阀，使水充满恒水位箱，并保持微小的溢流。
3．打开雷诺试管的出口阀，使水开始流动，这时观察，管内有无气泡，如有气泡可利用排气系统及调节阀门开度大小排除。
4．打开可视剂输液软管上的螺旋夹子，使红色标记线保持粗细适中。
5．将出口阀由小到大变化，观察两种流态变化，建立层流、紊流感性认识。
6．将出口阀开大，使管中呈紊流状态，然后逐步关小，当可视剂针头处一展出现线状流线，在试管的中部或末端允许出现间歇性程度的脉动线，（或整段出现螺旋性波纹）即过渡状态，此时观测流量计算的数值并记录下来，即可计算平均流速及临界雷诺数。
7．测量水温，以便选择运动粘度γ值。
8．如要重复测量临雷诺数，按5，6两项重复操作即可。
五、实验报告
雷诺实验记录及计算表
试管内径d=cm断面面积A=△
水温=℃运动粘度V=cm2/Sec
实验
次数
流态变化
流量读数
（L/H）
临界流速Ver
（cm/sec）
临界雷诺数
Recr=
备注
1
2
实验日期年月日实验者
六、讨论及建议
1、为什么说临界雷诺数为判别准数？
你的实测值及标准值是否接近？
2、你能够分析影响临界雷诺数大小的因素吗？
3、你对该实验有什么评价和改进意见？
实验五多功能水力学实验
本实验台集水力学四个基本实验于一台，采用架式排列，两组一套，分别由两台水泵自成循环系统。
四个基本实验为：
一、文丘时流量计校正；二、沿程水头损失及流速的关系；三、沿程阻力系数的测定；四、阀门不同开启度阻力系统的测定，现分述如下：
设备简图：
（一）文丘里流量计的校正：
（Ⅰ）实验目的：
（1）率定文丘里流量计的流量系数。
（2）验证能量方程的正确性。
（Ⅱ）实验原理：
在文丘里流量入口处取Ⅰ—Ⅰ断面，在其喉部收缩段处取Ⅱ—Ⅱ断面，由于流量计系水平放置，则可列出上述两断面的能量方程如下，（不计水头损失）
+
=
+
根据连续性方程得
v1w1=v2w2=Q
令a1=a2=1
解
（1）
（2）两式可得计算流量的公式如下：
式中
为两断面测压管水头差，亦即测压计内的液面高差h。
上式可写成：
因此，测出测压计水位高差△h后，即可求出计算流量Q。
由于实际上所取的两个断面之间存在着水头损失，所以实际流量Q0一般要略小于计算流量Q如令
μ=
则μ是一小于1的数，称为流量系数。
本实验的目的就是用实验的方法确定流量系数μ的具体数值，实际流量Q0用体积法测定。
Q0=
▽为△t时间内水由管道流入计量箱内的体积。
（Ⅲ）实验步骤
1、准备工作
（1）记录仪器常数d1，d2并算出k值。
（2）检查测压液面是否水平（此时Q=0），如果不在同一水平面上，必须将橡皮管内空气排尽，使两侧压管的液面处于水平状态，方能进行实验。
（3）关闭测点3—10的小阀门。
（4）打开阀门2、3、4、5、6、8及球阀，关闭阀门9。
（5）阀门7先调至较小开度。
2、进行实验
（1）开泵、此时1、2测压管中应出现较小高差。
（2）缓慢开启阀门7，使压差调至最大（如2号测压管中水位降得太低可关小阀门8使水位抬高）。
（3）用夹子夹死11号管。
注意事项：
如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门8全开，或停泵重做。
文丘里流量计的校正实验报告
NO
h1
（cm）
h1
（cm）
△h
（cm）
▽（cm3）
△T
（s）
Q
（cm3/s）
Q0
（cm3/s）
μ
平均μ值
1
2
3
（二）沿程水头损失及流速的关系
（Ⅰ）实验目的
验证沿程水损失及平均流速的关系:
（Ⅱ）实验原理
取Ⅰ，Ⅱ两断面，列能量方程式
z1+
+
=z2+
+
+hr
因实验管段水平，且为均匀流动
∴z1=z2；d1=d2；v1=v2；hw=hf
得：
hf=
－
=△h
根据上式，测压管水头差即为沿程水头损失hf，同时根据流量计算平均流速v，将所得hf、v数据点绘在对数坐标纸上，就可确定沿程水头损失及流速的关系。
（Ⅲ）实验步骤
（1）关闭测点1、2、3、6、7、8、9、10的小阀门
（2）关闭阀门3、6、7。
（3）打开阀门9。
（4）开泵、调节阀门9，使测压管3、4中的压差达最大。
（5）用量桶量测流量，并算出平均速v。
（6）调节阀门逐次由大关小，共实测10组数据，为提高精度，后四组实验减小测压管水面差宜控制在1厘米左右，最后一次的高差以1厘米为宜。
沿程水头损失及流速的关系实验报告
仪器常数：
d=,ω=cm2
L=m
NO
h1
（cm）
h2
（cm）
hf
（cm）
Lghf
▽
（cm3）
t
（s）
Q
（cm3/s）
V
（cm/s）
1gv
1
2
3
（三）沿程阻力系数的测定
（Ⅰ）实验目的
（1）测定不同雷诺数Re时的沿程阻力系数λ；
（2）掌握沿程阻力系数的测定方法。
（Ⅱ）实验原理
对Ⅰ、Ⅱ两断面列能量方程式，可求得L长度上的沿程水头损失
hf=
－
=△
根据达西公式
hf=λ
.
用体积法测得流量，并算出断面平均流速，即可求得沿程阻力系数λ
λ=
（Ⅲ）实验步骤
（1）关闭测点1、2、3、4、7、8、9、10的小阀门。
（2）打开阀门2、4、5、7、8。
（3）关闭阀门3、6、9。
（4）开泵，调节阀门4使测压管5、6中出现高差，此时管中水位较高，可从11号测压管中打压，使水位降至中部后夹死，以增大测量范围。
（5）用计量箱量测流量。
注意事项：
如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门8全开、或停泵重做。
沿程阻力系数测定实验报告
d=mmL=m
NO
h1（cm）
h2（cm）
△h（cm）
▽
（cm3）
T（s）
Q（cm3/s）
V（cm/s）
λ
1
2
3
（四）阀门不同开启度阻力系数的测定
（Ⅰ）实验目的
（1）测定阀门不同开启度时（全开、30°、45°三种）的阻力系数。
（2）掌握局部水头损失的测定方法。
（Ⅱ）实验原理
对测点7、8两断面列能量方程式，可求得阀门的局部水头损失及2（L1+L2）长度上的沿程水头损失，以hw1表之，则
hw1=
=△h1
对测点9、10两断面列能量方程式，可求得阀门的局部水头损失及（L1+L2）长度上的沿程水头损失，以hw2表之，则hw2=
=△h2
（Ⅲ）实验步骤
（1）关闭测点1、2、3、4、5、6的小阀门。
（2）调节球阀至某一开启度
（3）打开阀门2、3、6、7、8。
（4）关闭阀门4、5、9。
（5）开泵，调节阀门3，使测压和7、8、9、10中出现压差，如管中水位太高，可从11号测压管中打压，使水位降低后夹死，以增加量测范围。
（6）用计量箱量测流量
注意事项：
如出现测压管冒水现象，不必惊慌，可把阀门8全开、或停泵重做。
阀门不同开启度阻力系数测定实验报告
d＝cmL1＝mL2＝m
开启度
NO
h7
（cm）
h8
（cm）
△h1
（cm）
h9
（cm）
h10
（cm）
△h2
（cm）
△h2－△h1
（cm）
△
（cm3）
L
（s）
Q
（cm3/s）
υ
（cm/s）
ζ
全
开
1
2
3
30°
1
2
3
45°
1
2
3
第二篇工程热力学、传热学
实验一空气参数测定
一、实验目的
学会测定空气温度和压力的方法，熟悉常用的测量仪表。
二、实验方法
1、空气温度的测量
测量室内空气温度，可用水银温度计或酒精温度计，边可用双金属温度计及半导体点温度计，如用于集中检测及控制系统，则常用热电偶或电阻或箱电阻式温度计。
如需连续自动测空温度，则可用自记式双金属计温度计
使用温度计要根据房间及工艺的要求造定温度计的种类。
测温时所选择的测点应具有代表性，若1点不足时，可多测几点计算其平均值。
当测物体表面温度时，要注意测点的感温无件及物体表面接触严密，稳定后，方可读值，且读准，减小误差。
2、空气相对湿度的测定
测定空气相对湿度的方法很多，如化学吸湿剂的重量法，干湿球温度计法，通风干湿法，挥发式干湿计法、毛发湿计法、露点仪及电气测湿法等。
一般工程上常用的是干湿球温度计或毛发湿度计法。
实验室用或精度要求较高者，则常用通风干湿计法。
通风干湿计测得干湿球温度值，可按下式求得空气温度ψ值：
ψ=
×100%=[ρg－A（t1-t2）β]
×100%
式中ρ1——空气中水蒸气分压力，Pa；
ρa——在干湿球温度计下的饱和水蒸汽分压力，Pa；
ρ0——在湿球温度下空气的饱和水蒸汽的压力，Pa；
t1——干球温度计的温度值，℃；
t2——湿球温度计的温度值，℃；
B——大气压力，Pa；
A——干湿球温度计系数，它及温度计的构造及湿球表面气流速度有关，A值可由下列经验公司求得A=0.00001（65+
）
υ——湿球表面气流速度，m/s。
实验结果表明，当通过湿球表面的气流速度大于2m/g时，A值超于定值，为此，当采用通风干湿计时，其湿球表面的气流速度约为23-25m/s，其A=0.000658。
这样，根据干湿球温度计的读值和相应的饱和水蒸汽分压力，就可以计算出ψ值或利用有关图表查出ψ值。
3、空气压力的测定
在实际测定空气压力时，广泛采用的是液体压力计及活塞式压力计采用液体测压，压力的单位常用mmH2O,或mmHg来表示，这样P=hρng
式中ρ——压力.Pa
h——用液体柱表示的压力mm液体柱
g——重力加速度m/s2
ρw——液体的密度kg/m3
在此外为了叙述方便，仍采用液体柱（mmH2O）作为压力的单位。
下面介绍几种经常用的液体压力计。
（1）U型压力计
最简单的液体压力计是U型管，最重要的是保持管内径在全长均匀一致，否则液体上升的高度将会影响而产生误差，管径越小，这种误差越大，因而一般不希望用管径很小U型管。
U型玻璃管压力计测量范围在2表压力以下，构造简单且有很高的准确度，管的低压测上端有一空心圆球，（如图实5）为防止工作液压力大而溢出。
工作液一般用水、汞、酒精等，根据所测的压力范围来选取，由于工作液的表面张力及附着力的作用，液柱表面将形成凹面或凸面，（水银）和按最高点读数，而对凹面（如水）则以凹面最低点读数为准。
由于两管中作用压力不同而产生的液面差h，就表示气体的压差△ρ测得的压力为mm液柱。
（2）斜管压力计
这种压力计常用来测量低于100mm的气体压力差，其作用原理及U型压力计基本相同，但玻璃管作成可以改变倾斜角度的（如图实6）根据压力的不同，液体将沿斜管上开，液面上升的高差为h1，h1=L.sina
式中L—斜管上工作的长度
a—倾斜管及水平线的夹角
由
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