热工实验问答题整理――已修订

热工实验问答题整理-学长提供录入By030113杨殷创注：感谢提供问答题答案的学长们。标1的题号为曾出过的考试题，其他为思考题，以上仅为参考答案，需要加工。实验一：空气定压比热容的测定1.如何在实验方法上考虑消除电加热器热损失的影响？答：可在加热器表面加隔热层，减少热损失；将电加热器的功率调为略高于50W。2.用你的实验结果说明加热器的热损失对实验结果的影响怎么样？答：有热损失实验中干空气的吸热量小于实际干空气的吸热量，使实际值大于理论之。3.测定湿空气的干、湿球温度时，为什么要在湿式流量计的出口处而不在大气中测量？答：湿式流量计中空气的温度明显高于大气，而进入加热器的气体是从湿式流量计中出来的空气。4.在本实验装置中，如把湿式流量计连接位置该在热比热容仪器的出口处，是否合理？为什么？答：不合适。湿式流量计出口空气的湿度可以为100%，远大于57%。若替代会产生大误差（1）加热器出口只有干空气而不含水蒸汽。不能用于计算水蒸汽吸热量。（2）温度超过流量计允许范围造成流量计损坏。5.空气定压比热容实验中若加热过程未达到稳定，会给实验结果带来什么影响？答：定压比热容实验中要求的是Cp-t2的关系其中：𝐶𝑝=𝑄𝑝𝑀(𝑡2−𝑡1)𝑄𝑝=Q−𝑄𝑤𝑄𝑤=𝑀𝑊[1.844(𝑡2−𝑡1)]+0.0002443(𝑡22−𝑡12)Q=(UI−0.001R𝑚𝐴I2)×10−3M：气体质量流量𝑀𝑊：水蒸汽质量流量𝑄𝑝：水蒸汽在定压流动过程中吸收的热量Q：电加热器功率𝑄𝑤：水蒸汽吸收的热量U：电加热器的电压I：电流t1：比热容仪进口温度t2：出口温度R𝑚𝐴：电流表内阻若未达到稳定度数，t2因为加热不完全而偏小t2↓-Qw↓-Qp↑-Cp↑平均温度tm=（t1+t2）/2↓所以，Cp↑，tm↓，曲线发生偏移结果实验二：空气绝热指数的测定1.漏气对实验结果有何影响？答：整个实验是建立在气体质量不变的绝热膨胀与定容加热过程不变化的基础上。若漏气，气体质量将会改变，ℎ𝐴、ℎ𝑐度数会不稳定。ℎ𝑐值将偏小，会导致K值趋向于1.2.实验中，充气压力选得过大或过小，对实验结果有何影响？答：若过大，ℎ𝐴/𝑃𝐴≪1条件不成立。采用式k=ℎ𝐴ℎ𝐴−ℎ𝑐会产生误差。偏小若过小，则放气时不易把握，易造成绝热膨胀不足或漏气现象，产生误差。3.空气的湿度对实验结果有何影响？答：实验把空气当作理想气体，空气湿度越大，非理想性质越强，与理论值误差就越大。4.在定压比热容实验中，如何确定容器内的气体温度回到了初温？答：当ℎ𝑐稳定不再变化时。5.若实验中，转动排气阀的速度较慢，浙江对实验结果产生何种影响？答：会有部分实验气体漏气，使ℎ𝑐偏小，造成误差。而且时间过大，热交换不能忽略，不能认为是绝热膨胀。6.在绝热指数实验中，你是如何实现绝热膨胀这一过程的？答：右手转动排气阀，在气流流出的声音“啪”消失的同时关上排气阀，此时，恰到好处。选取容器内一份气体作为研究对象，假设通过排气阀放弃使其压力与大气压力相平衡了，恰好此时膨胀至整个溶剂，立即关闭排气阀，膨胀过程结束，=。此过程十分快速，可忽略热交换，认为是绝热膨胀。7.空气绝热指数实验中，热力系统经历了那些过程？答：实验中，通过充气阀对刚性容器进行充气，至状态A，选取容器内一份气体作为研究对象…如上题。可认为此过程的定量气体的绝热膨胀过程，即由状态A绝热膨胀到状态B，处于状态B的气体，由于其温度低于环境温度，则刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量。当容器内气体温度与环境温度相等时，系统处于新的平衡状态，若忽略刚性容器的体积变化，此过程可认为是定容加热过程。实验三：喷管实验——气体在喷管中流动性能的测定。1.何为喷管的临界状态？临界压力如何确定？答：当喷管出口速度为当地音速时，喷管达到临界状态。临界压力确定=(21)11=0.2812.渐缩和缩放喷管出口界面压力与背压之间有何关系?答：渐缩：PbPcP2=Pb缩放：Pb=PdP2=Pd(超设计工况)Pb=PcP2=Pc𝑃𝑃(亚设计工况){𝑃𝑃𝑃𝑐𝑃2=𝑃𝑃𝑐𝑃𝑃𝑃2=𝑃𝑃𝑃𝑃2=𝑃Pc:临界压力Pf：流量达到最大值时的最高背压。3.气体在渐缩喷管及缩放性喷管的出口截面上压力均能降到临界压力以下吗？答：渐缩不能，缩放能。4.工况一定，流经喷管内不同截面的流量相同吗？答：在稳定流动中，喷管任何截面上质量流量相等，但压力等影响，气体密度可能不同，所以体积流量可能不同。5.在渐缩喷管实验中如何用实验方法确定临界压力？答：流量随背压Pb的变化关系如图：渐缩喷管中流量M一旦达到最大值再降低背压Pb，流量M保持不变。所以实验对保持喷管入口压力P1不变恒等于大气压，通过背压调节出口压力Pb，得到M与Pb/P1的关系，而流量开始不变的一点是临界点（点A）.Pb=aP1即为临界压力。实验步骤中：将测压探针上的测压空移至喷管出口之外一段距离之后保持不动，此时P2=Pb。改变调节开度，调节背压Pb自P2开始逐渐降低，记录在不同Pb下的孔板∆p值，注意当∆p开始达到最大值时Pb即Pc。实验四：管道沿程阻力测定1.为什么压差计的水柱差就是沿程水头损失？如果实验管道安装成倾斜，是否影响实验结果？答：压差计的两个取样点分别取自被测管道的始端和末端。由伯努力方程得𝑣122g+𝑍1+𝑝1𝜌𝑔=𝑣222g+𝑍2+𝑝2𝜌𝑔+ℎ𝑤𝑐则ℎ𝑤𝑐=𝑣12−𝑣222g+(𝑍1−𝑍2)+𝑝1−𝑝2𝜌𝑔1→2认为𝑣1=𝑣2，𝑍1=𝑍2，𝜌不变。ℎ𝑤𝑐=𝑝1−𝑝2𝜌𝑔=∆h。得证倾斜会附加压力差(𝑍1−𝑍2)，对实验产生一定影响。2.为什么要排除试验段内和差压计内的空气？答：试验段内若存在空气，使流速降低，测量流量减少。差压计内存在空气，则空气段已存在压差，仅根据水柱匀质计算压差较实际值为大。这两种情况都导致较大的测量误差，因而避免。3.影响实验点数据的主要因素是说呢么？如何提高测量精度？答：主要因素：计量时间，流量，沿程阻力损失（压差计水柱差）提高措施：（1）调节阀门开度时应缓慢，使之停留在一定时间再操作，以便流量稳定，从而测得数据稳定。（2）用漏斗接水至量筒中，应与计时尽量同步，以减少误差。（3）在读取量筒与差压计的读数时应停留一段时间，使之较稳定，并可提高仪器粘度，以减少读数误差。4.简述实验中，实验点的分布原则，举例说明。答：实验点应尽可能多，并分布在理论曲线的周围。分布应依照准确反映物理量特性的原则，在变化率大的地方，应多取采样点，如扭点，拐角等，在变化缓慢时可适当少一点。例：实验六：绕圆柱体压力分布的测定1.将一只皮托管插在风洞的试验段中，如何知道皮托管的尖端对准了来流？可用什么方法检验？答：将皮托管尖端大致对准来流，转动其尖端，观察倾斜一只微压计液面变化情况，当读数最大时，可知此时尖端正对来路。3.圆柱体在风洞试验段截面上的投影面积与风洞试验段横截面积之比称为阻塞比4.在测量h0和h𝑖(i=0~19)时，采用什么措施能够尽可能地提高测量精度？答：（1）微压计的倾斜角可以适当减小，但也不可以太少，防止液面波动造成度数偏差（也可能超限）（2）调好一个角度后，应让系统稳定一段时间，使气流稳定，提高测量精度。5.怎样用实验方法确定总压探针获得的压力是否正确？答：总压探针测得的压力包括动压与静压，测量时探头应向着来流方向并轴线与来流方向平行（对准来流方向），因为这时正好测得的是驻点。因此测压孔感受到的压力就是流动空间点的总压值。类比题1，转动总压探针，度数变化，说明针尖未堵，读数最大时说明对准了来流方向。实验七：稳态双平板测定非金属材料的导热系数1.为了建立一维稳定的温度场，本实验装置采取了哪些措施？答：在圆形主加热器周围采用环形辅助加热器，测量时𝑡1=𝑡2,𝑡3=𝑡4;即在热稳定时，主辅均热板间的隔缝无径向温差，也即它们之间无热量传递。这样保证了一维稳定的温度场。2.如果试件表面不平整时，测得的导热系数偏大还是偏小？为什么？答：表面不平整将会产生接触热阻，而空气λ小，故测得导热系数将偏大，因此实验时要将试材压紧以减小接触热阻。4.本应测量试件冷、热表面温度的，但在本实验装置中，热电偶是埋设在均热板面上和冷却器面上而不是埋设在试件表面上，这时使什么？答：防止表面不平整使试材与均热板表面和冷却器面上的各点接触程度不同而导致温度不同。5.如果只有一块试件，能否用本实验装置进行测试？怎样进行实验？答：可以。用一主加热器进行加热，一个环形补偿加热器防止试样沿法向散热，另一补偿加热器防止主加热器向底部散热，再铺设底部热防护板。铺设一对热电偶，分别铺设在主加热器表面和冷却器表面上。导热系数λ=Qδ(𝑇1−𝑇2)𝐹。δ：样品厚度。𝐹：主加热器表面积。Q：发热量。6.如果某试材的导热系数随温度呈线性变化，在用本装置测定其导热系数是工作了几次实验，事后发现两件试件厚度不等，试问如何处理数据？（不确定）7.是否可用此仪器测试湿材料的导热系数？答：不可。湿材料含有大量水，受热后水温上升，并蒸发，导致热量损失。8.用稳态平板法测液体导热系数时要考虑哪些因素？应怎样进行实验？答：（充满容器，液体不能太厚）测定液体的导热系数的平板装置与测定固体的大致类似，其困难在于液体可能会产生对流和辐射的影响。实验表明，热板在下面时，GrPr200时，自然对流的影响可以忽略。GrPr=10^3~4*10^5,自然对流的影响：λ𝑒/λ=0.195Gr1т.λ𝑒为考虑对流后的当量导热系数。自然对流的影响随ΔT（厚度δ流体层中的温差）和δ的减小而减小，因此在实验中应当尽量选用薄层的流体样品和选用较小的温差。通常将热板布置在上面，冷板放在下面，就可以忽略对流传热的影响。辐射换热的影响一般可用计算方法估计。假定被测介质是弱吸收介质，那么通过被测介质平板层的副热热流可由下式确定：Q𝑟=.67𝜀[(𝑇1100)4−(𝑇2100)4]𝐹.ε=11𝜀1+1𝜀2+1𝜀1、𝜀2分别为两板的黑度。在具有辐射换热系数的情况下，计算导热系数的热流Q𝑐应当等于总热流Q减去辐射热流Q𝑟。为了使辐射换热的影响减至最小，应当使测试装置的壁面具有尽可能低的发射率黑度。实验八：横热流准稳态平板法测定材料热物性（导热系数、比热容、导温系数）1.本实验方法有哪些方面的误差？如何减少？答：（1）试材与试材，试材与加热器之间存在缝隙，即存在接触效应，引入误差。使表面光滑。（2）测量装置有部分热量散失到周围环境中去，引入误差，需要保持材料性能良好，尽可能减少散热损失。（3）计算过程中，求电势差相应的温度时，由Δt温度变化中及其它计算中会引入误差，减小误差需记录稳定状态下数据，多次测量取平均值，增加有效位数，以提高精度。2.试材与试材间和试材与电加热器间都有缝隙，存在接触热阻，它们对测试结果有何影响？答：U、I不变，q基本不变。试材吸热量减小，Δt下降，使得导热系数增大，温度变化率下降，比热容增大。4.如果将两对热电偶接成温差热电偶，测出加热面与中心面的温差，计算出试材的导热系数。这样做法可行吗？如果行的话，实验怎样做？答：可以，测量时，记录温差示值，当Δt基本不变，保持稳定时，达到准稳态，这时可用平均温差Δt̅代入公式求λ。5.本实验装置可否用于测量金属等良导体的热物性答：可以。原因？6.如欲测试材在不同温度下的热物性，可采用什么措施？答：改变热电偶冷端温度t2，相当于改变试材周围介质温度，可测得不同温度下的热物性。7.本实验装置在四周既无辅助的加热器又无保温，这会造成较大误差吗？为什么？答：不会。为了避免因电加热器向外难以估计的散热给qw的计算带来困难，所以在两加热器外侧各补上一块同厚度的式样并加以保温，保温材料要求保温性能良好，表面光滑，并把试材用机械方法压紧以排空气。这样，电加热器将同等地加热其两侧的每块试材。每块试材内的温度场对于加热器是对称的。8.本实验租昂之对试材顶部