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熱工實驗基礎(chǔ)

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2021-10-01
開本： 16開 頁數(shù)： 152
本類榜單：教材銷量榜
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熱工實驗基礎(chǔ) 版權(quán)信息

熱工實驗基礎(chǔ) 內(nèi)容簡介

本書主要敘述與航空航天領(lǐng)域相關(guān)的熱工實驗基礎(chǔ)內(nèi)容，目的是使讀者了解關(guān)于熱工實驗的基本理論知識，掌握熱工實驗過程的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力與理解能力。全書內(nèi)容共5章，主要為緒論、實驗參數(shù)測量、熱力學(xué)實驗、傳熱學(xué)實驗、燃燒學(xué)實驗。本書注重對熱工基本量、測量方法、測量數(shù)據(jù)處理等基本概念和基礎(chǔ)理論知識的闡述，詳細介紹了熱力學(xué)、傳熱學(xué)、燃燒學(xué)等實驗，著重闡明其實驗原理、裝置、操作流程和數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。 本書可供力學(xué)、航空宇航科學(xué)與技術(shù)、動力工程和工程熱物理等相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生使用，也可供從事熱工動力類各專業(yè)的教學(xué)、科研和工程技術(shù)人員參考。

熱工實驗基礎(chǔ) 目錄

目錄
第1章 緒論 1
1.1 測量基本知識 1
1.2 測量方法 2
1.3 測量分類 2
1.4 測量誤差與測量不確定度 3
1.5 測量系統(tǒng) 3
1.6 測量技術(shù)的發(fā)展狀況 4
第2章 實驗參數(shù)測量 5
2.1 溫度測量 5
2.1.1 溫度測量概述 5
2.1.2 膨脹式溫度計 8
2.1.3 熱電阻溫度計 12
2.1.4 熱電偶溫度計 16
2.1.5 光學(xué)高溫計 19
2.1.6 相干反斯托克斯拉曼散射 23
2.1.7 激光誘導(dǎo)熒光與平面激光誘導(dǎo)熒光 26
2.2 壓力和壓差測量 29
2.2.1 壓力測量概述 30
2.2.2 液柱式壓力計 33
2.2.3 彈性壓力計 36
2.2.4 負荷式壓力計 39
2.2.5 電氣式壓力檢測儀表 41
2.2.6 壓力敏感涂料 48
2.3 流場密度測量 52
2.3.1 基本原理 52
2.3.2 陰影法 53
2.3.3 紋影法 54
2.3.4 干涉法 58
2.4 流量測量 63
2.4.1 流量的定義及表示方法 63
2.4.2 流量計分類和主要參數(shù) 63
2.4.3 靶式流量計 64
2.4.4 差壓式流量計 65
2.4.5 浮子流量計 66
2.4.6 容積式流量計 67
2.4.7 渦輪流量計 69
2.4.8 電磁流量計 71
2.5 轉(zhuǎn)速測量 74
2.5.1 電磁感應(yīng)式傳感器 75
2.5.2 光電式傳感器 76
2.5.3 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器 77
2.5.4 閃光測速儀 78
2.5.5 機械式轉(zhuǎn)速表 78
2.5.6 發(fā)電式轉(zhuǎn)速表 80
2.6 功率測量 80
2.6.1 轉(zhuǎn)矩測量概述 81
2.6.2 轉(zhuǎn)矩儀 81
2.6.3 吸收型測功器 84
第3章 熱力學(xué)實驗 89
3.1 基于絕熱蒸發(fā)過程的空氣濕度測定實驗 89
3.2 太陽光熱動力系統(tǒng)效率測定實驗 92
3.3 離心泵能量轉(zhuǎn)換效率測定實驗 97
3.4 混合比調(diào)節(jié)器液流模擬實驗 103
3.5 可視性飽和蒸氣壓力和溫度關(guān)系實驗 106
3.6 氣體定壓比熱測定實驗 108
第4章 傳熱學(xué)實驗 113
4.1 穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)實驗 113
4.2 非穩(wěn)態(tài)法測定材料的導(dǎo)熱性能實驗 116
4.3 中溫輻射時物體黑度的測試實驗 121
4.4 無限大空間的橫管自然對流實驗 125
4.5 大空間沸騰換熱實驗 128
4.6 蒸氣沿豎壁凝結(jié)時換熱系數(shù)的測定實驗 135
第5章 燃燒學(xué)實驗 139
5.1 預(yù)混氣體燃燒法層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y定實驗 139
5.2 熱流火焰爐實驗 141
5.3 液滴燃燒特性實驗 147
5.4 本生燈法層流火焰?zhèn)鞑ニ俣葴y定實驗 150
參考文獻 153
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熱工實驗基礎(chǔ) 節(jié)選

第1章 緒論 1.1 測量基本知識 1.測量的概念 測量是對非量化實物的量化過程，即按照某種規(guī)律用數(shù)據(jù)描述觀察到的現(xiàn)象，對事物做出量化描述。 2.測量與檢測的聯(lián)系與區(qū)別 1)測量與檢測的聯(lián)系 測量一般是指對某一點的測量，而檢測則是對某個整體的檢測。 2)測量與檢測的區(qū)別 (1)釋義不同。 檢測：檢查測試，檢驗測定； 測量：用各種儀器來測定物體位置以及測定各種物理量。 (2)用法不同。 檢測：只能評定被測對象是否合格，無法給出被測對象量值的大小； 測量：被測對象與標準量相比較后得出被測對象的具體量值，判別出被測對象是否合格。 3.測量的意義 測量的意義是指人們認識事物之間定量關(guān)系的一種手段。 4.測量的構(gòu)成要素 1)測量的客體即測量對象 測量對象主要是指幾何量。幾何量包括長度、面積、形狀、高度、角度、表面粗糙度以及形位誤差等。幾何量有種類繁多、形狀各式各樣等特點，因此對于他們的特性、定義以及標準等都必須熟知，以便進行測量。 2)計量單位 1984年2月27日中華人民共和國國務(wù)院正式公布了中華人民共和國法定計量單位。在長度計量中單位為米(m)，其他常用的計量單位有熱力學(xué)溫度(K)、時間(s)、質(zhì)量(kg)、物質(zhì)的量(mol)、電流(A)和發(fā)光強度(cd)。 3)測量方法 測量方法的含義是按類敘述的一組操作邏輯次序進行測量。測量幾何量時，需根據(jù)被測參數(shù)的公差值、大小、輕重、材質(zhì)、數(shù)量等特點，通過分析研究該參數(shù)與其他參數(shù)的關(guān)系，*后確定測量該參數(shù)的操作方法。 4)測量的準確度 測量的準確度是指測量結(jié)果與真值的一致程度。由于在任何測量過程中都存在不可避免的測量誤差，且誤差越大說明測量結(jié)果離真值越遠，準確度就越低，因此任何測量結(jié)果都是以一近似值來表示。 1.2 測量方法 測量方法包括直接測量法、間接測量法和組合測量法。 1.直接測量法 直接測量法是指直接測得被測量的數(shù)值，無須進行被測量與實測量函數(shù)關(guān)系之間的輔助計算。 2.間接測量法 間接測量法是指通過直接測量被測參數(shù)中的已知函數(shù)關(guān)系量，測量得到該被測參數(shù)量的值。 3.組合測量法 組合測量法是指如果被測量函數(shù)式有多個未知量，且通過對中間量的一次測量無法得到被測量的值，此時可通過改變測量條件來獲得可測量的不同組合，測出可測量的數(shù)值，聯(lián)立方程求解出未知的被測量。 1.3 測量分類 根據(jù)測量條件、測量儀器、測量對象的不同，將測量分為以下幾類。 1.靜態(tài)測量和動態(tài)測量 靜態(tài)測量：測量不隨時間變化的量值方法。 動態(tài)測量：測定隨時間變化的瞬間量值方法。 2.等精度測量和不等精度測量 等精度測量：對同一個被測量用相同的儀表與測量方法進行多次重復(fù)測量。 不等精度測量：對同一被測量用不同精度的儀表或不同的測量方法，或在環(huán)境條件相差很大的情況下進行多次測量。 3.電量測量和非電量測量 電量測量：指電子學(xué)中對電磁能的量、表征信號特征的量、表征元件和電路參數(shù)的量、表征網(wǎng)格特性的量等進行的相關(guān)測量。 非電量測量：將各種被測的非電量參數(shù)，如溫度、位移、壓力、化學(xué)成分等轉(zhuǎn)換成電量參數(shù)進行測量的技術(shù)，包括傳感器技術(shù)和電子技術(shù)。 1.4 測量誤差與測量不確定度 1.測量誤差 被測量的測量值與其真實值之間存在的偏差，即測量誤差。 2.測量不確定度的評定與表示方法 標準不確定度是指用標準偏差表示測量結(jié)果的不確定度。按照評定方法的不同，可分為兩類。 A類評定：通過對觀測列進行統(tǒng)計分析，評定標準不確定度，采用統(tǒng)計方法計算標準不確定度。 B類評定：通過用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法來評定標準不確定度，若無特殊說明，一般按正態(tài)分布考慮其標準不確定度。 1.5 測量系統(tǒng) 由較多的測量儀表、有關(guān)附件和連接器件，且按照一定規(guī)律組合而成的有機整體，稱為測量系統(tǒng)。 測量系統(tǒng)主要由測量對象、測量儀器及附屬設(shè)備、測量結(jié)果的處理機構(gòu)組成。從廣義的角度講，測量系統(tǒng)應(yīng)包括測量人員及測量環(huán)境等，測量系統(tǒng)的各個組成部分是互相聯(lián)系又互相制約的。 測量系統(tǒng)的基本特性是指測量系統(tǒng)與其輸入、輸出的關(guān)系，分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 靜態(tài)特性：輸出信號x(t)不隨時間變化； 動態(tài)特性：輸出信號x(t)隨時間變化。 1.6 測量技術(shù)的發(fā)展狀況 1.傳感器向集成化、微型化和智能化的方向發(fā)展 傳感器集成化主要有兩種形式：一種是將同一類型的單個傳感元件集成在同一平面上排列起來，排成一維的線性傳感器，即同一功能的多元件并列化。另一種是多功能一體化，即將傳感器與運算、放大以及溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。 到目前為止，各種集成化傳感器已有許多系列產(chǎn)品并且有些已得到廣泛應(yīng)用。集成化是傳感器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 傳感器的微型化是近年來傳感器發(fā)展的重要方向之一，微機械電子系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展是傳感器微型化的基礎(chǔ)，微型傳感器是目前*為成功、*具實用性的微機械電子系統(tǒng)裝置，且發(fā)展極為迅速，已發(fā)展成為一門獨立技術(shù)。 智能傳感器自身帶有微處理器，它是一種具有信息檢測與記憶、信號處理、邏輯思維與判斷功能的傳感器，隨著自動測控系統(tǒng)發(fā)展的需要而產(chǎn)生，集聚了傳感器、控制理論、微型計算機與現(xiàn)代通信等，是一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，也是傳感器技術(shù)克服自身不足向前發(fā)展的必然趨勢和結(jié)果。 目前，智能傳感器的發(fā)展尚處于初級階段，有待深入研究。 2.不斷拓展測量范圍，努力提高測量準確度和可靠性 在自動化程度不斷提高及發(fā)展過程中，各行業(yè)高效率的生產(chǎn)更加依賴于各種檢測、控制設(shè)備的安全可靠，并且對于航空、航天和武器系統(tǒng)等特殊用途的檢測儀器的可靠性要求更高。努力研制能滿足用戶在復(fù)雜和惡劣測量環(huán)境下所需精度，且能長期穩(wěn)定工作的各種高可靠性檢測儀器和檢測系統(tǒng)將是測量技術(shù)的一個長期發(fā)展方向。 第2章 實驗參數(shù)測量 在研究各種熱力設(shè)備運行及有關(guān)熱工實驗過程中，需要對其內(nèi)部工質(zhì)的狀態(tài)進行測量。例如，研究對象為氣體時，需要了解氣體的壓力、溫度和密度，有時還需要測定其干度；研究有關(guān)換熱的過程時，需要測量傳熱工質(zhì)的流速和流量；研究熱力設(shè)備整體運行情況時，需要通過功率和效率等參數(shù)對其進行分析。 綜上所述，工業(yè)過程、科學(xué)實驗等過程中的熱功基本量包括溫度、壓力、流場密度、流量、轉(zhuǎn)速、功率等。本章將對這些常見基本量的測量原理、方法以及有關(guān)常用儀器儀表的工作原理、選擇與使用要點進行介紹，以便在學(xué)習(xí)各種熱工實驗時加以引用。 2.1 溫度測量 溫度為7個國際單位制(SI制)中的基本量之一，是熱功基本量中的重要物理參數(shù)，它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實驗和人們生活緊密相關(guān)。用于溫度測量的儀器、儀表種類眾多、應(yīng)用廣泛，是熱工自動化儀表五大類型中*普遍、*重要的一種。 2.1.1 溫度測量概述 1.溫度 從宏觀上講，溫度是指物體的冷熱程度；從微觀來看，溫度是由物體內(nèi)部分子無規(guī)則熱運動產(chǎn)生的，是分子間平均動能的表現(xiàn)。物體內(nèi)部分子熱運動越激烈，溫度就越高。 2.溫標 用來度量溫度高低的尺度叫溫度標尺，簡稱溫標，是對溫度的定量描述。溫標依據(jù)一定規(guī)則、采用具體數(shù)值來表示溫度，它確定了溫度的單位。 溫標的建立是一個復(fù)雜的過程，下面簡單介紹溫標建立的條件以及幾種常用溫標。 1)溫標建立的條件 (1)固定點。 建立某一個溫標時，往往首先采用純物質(zhì)的相平衡溫度作為溫標的固定點，該固定點為溫度標度的基準。然后，規(guī)定固定點的溫度值，其他溫度通過與固定點比較確定其數(shù)值。 (2)測溫儀器(溫度計)。 固定點選定后，通過測溫儀器實現(xiàn)溫標的測量，這類測溫儀器一般通過測溫物質(zhì)隨溫度變化的物理特性來實現(xiàn)，稱為溫度計。 (3)內(nèi)插公式。 確定固定點的溫度值之后，任意一點的溫度值可采用某些差值方法進行計算，所用到的數(shù)學(xué)關(guān)系式稱為內(nèi)插公式。如線性內(nèi)插公式： (2-1-1) 式中，是任一點溫度，是測溫變量，是固定點對應(yīng)的測溫變量，、是固定點溫度。 2)幾種溫標 (1)經(jīng)驗溫標。 經(jīng)驗溫標是基于某些物質(zhì)的物理參量隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系，用實驗方法或經(jīng)驗公式構(gòu)成的溫標。經(jīng)驗溫標包括攝氏溫標、華氏溫標和列氏溫標等。 攝氏溫標：在標準大氣壓下，將純水的沸點規(guī)定為100攝氏度(℃)，純水的冰點規(guī)定為0攝氏度(℃)，在0～100℃之間劃分100等份，每一份叫1攝氏度(℃)。 華氏溫標：在標準大氣壓下，將純水的沸點規(guī)定為212華氏度(℉)，純水的冰點規(guī)定為32華氏度(℉)，在32～212℉之間劃分180等份，每一份叫1華氏度(℉)。 列氏溫標：在標準大氣壓下，將純水的沸點規(guī)定為80列氏度(°R)，純水的冰點規(guī)定為0列氏度(°R)，在0～80°R之間劃分80等份，每一份叫1列氏度(°R)。 (2)熱力學(xué)溫標。 熱力學(xué)溫標即開爾文溫標，是開爾文在1848年建立在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上的一種理論溫標。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，理想可逆熱機的*大熱效率只取決于其工作過程中的兩個熱源溫度，而與工作物質(zhì)無關(guān)。由此可引入一個與測溫物質(zhì)及其測溫屬性無關(guān)的溫標，用來標示熱源的溫度。它的比值等于

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