内容发布更新时间 : 2024/12/25 23:45:11星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

实验5 压气机性能实验

活塞式压气机是通用的机械设备之一，其工作原理是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体。压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能参数进行实时动态采集，经计算处理、得到展开的和封闭的示功图。从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数。

一、实验目的

1．掌握指示功、压缩指数和容积效率的基本测试方法； 2．对使用微机采集、处理数据的全过程和方法有所了解。

二、实验装置及测量系统

本实验仪器装置主要由：压气机、电动机及测试系统所组成。

测试系统包括：压力传感器、动态应变仪、放大器、计算机及打印机，见图5—1。 压气机型号：Z—0.03/7

汽缸直径：D=50mm 活塞行程: L=20mm 连杆长度：H=70mm， 转速：n=1400转/分

图5—1 压气机实验装置及测试系统

为了获得反映压气机性能的示功图，在压气机的汽缸头上安装了一个应变式压力传感器，供实验时汽缸内输出的瞬态压力信号。该信号经桥式整流后，送至动态应变仪放大。对应着活塞上止点的位置，在飞轮外侧粘贴着一块磁条，从电磁传感器上取得活塞上止点的脉冲信号，作为控制采集压力的起止信号，以达到压力和曲柄传角信号的同步。这二路信号经放大器分别放大后，送入A/D板转换为数值量，然后送至计算机，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的示功图和封闭的示功图。见图5—2及图5—3。

图 5—2 封闭的示功图 图 5—3 展开的示功图

根据动力学公式，活塞位移量x与曲柄转角a有如下关系：

x?R(1?cosa)?式中：

λ=R/L

R——曲柄半径； H——连杆长度； a——曲柄转角。

三、实验原理

1．指示功和指示功率

?4(1?cos2a) （5-1）

指示功：活塞压气机进行一个工作过程，活塞对气体所作的功，记为Li。显然功量就是P—V图上工作过程线所包围的面积。其纵坐标是以线段长度表示的压力值，而横坐标则表示活塞的位移量，经测面仪测量和计算才能得到功的数值，即：

-5

Li=S×K1×K2×10 (kgf-m) （5-2） 式中：

2

S ——由测面仪测定的面积值 （mm）;

3

K1——单位长度代表的容积 (mm/mm) ；

k1??LD24gb

式中： L——活塞行程（mm）；

； gb——活塞行程的线段长度（mm）K2——单位长度代表的压力 (at/mm);

k2?pd?1fe

式中： p ——工作时的表压力(at);

fe——表压力在纵坐标图上对应的高度(mm);

指示功率：单位时间内活塞对气体所作的功，记为Ni。用下式表示：

Ni=Li×n/102×60 (KW) （5-3）

式中：n —— 转速(转/分)

2.平均多变压缩指数

压气机的实际压缩过程介于定温压缩与定熵压缩之间，过程指数在压缩过程中不断变化，根据压气机的理论轴功和气体压缩功的关系，可以求得平均的多变指数，记为n0。

n0??1?vdp122?pdv （5-4）

在Ｐ—Ｖ示功图上：即为压缩过程线与纵坐标围成的面积同压缩过程线与横坐标围成的面积之比。即：

n0由cdefc围成的面积? （5-5） 由cdabc围成的面积3. 容积效率（

?c）

根据热力学定义：

?c?有效吸气容积 （5-6）

工作容积在Ｐ—Ｖ示功图上：即为有效吸气线段长度与活塞行程线段长度之比。即：

?c?hb （5-7） gb

四、实验步骤

1. 接通所有测试仪器设备的电源。

2. 把采集、处理数据的软件调入计算机。

3. 启动压气机，调好排气量，待压气机工作稳定后，计算机开始采集数据，经过计算机处理，得到了展开的和封闭的始功图。 4. 用测面仪测量封闭示功图的面积。

5. 分别测量压缩过程线与横坐标及纵坐标包围的面积。

6. 用尺子量出有效吸气线段hb的长度和活塞行程线段gb的长度。

五、实验报告要求

1. 简述实验目的与原理。

2．记录计算机采集各种数据的理论值，填入在表5-1中。 2. 根据示功图，得到示功图上的三个面积值及压力Pd值。

3. 计算指示功、指示功率、平均多变压缩指数、容积效率等实际值（要求计算过程）。

六、思考题

1. 为什么压缩过程的多变指数与膨胀过程的多变指数不相等？对于同一个过程（压缩或膨胀过程）的不同区段，为什么多变指数也不一样？

2. 当压气机工作时，其压缩指数变化范围是多少？在什么情况下，压气机耗功最省？ 3．分析压气机工作压力的改变将对容积效率有何影响。

表5-1压缩机性能实验记录

大气压力--bar 室温--℃ 2 输入 电功率 3 电动机效率 4 湿度--％ 5 6 7 孔板孔径--cm 8 9 示 功 图 面 积 排气管内径--cm 10 压 气 机 转 速 11 活 塞 排 量 项 目 1 储气罐压力 压气机生产量 孔板 压差 孔板前温度 孔板质量流流量量 系数 吸气状态生产量 符号 单位 ηh t2 g bar kW ％ mmH2O ℃ P2 Ng μ

G V3 f n Vh kg/min m3/min cm2 r/min m3/min

实验7 用球体法测量导热系数实验

一、实验目的

1． 学习用球体法测定粒状材料导热系数的方法。 2． 了解温度测量过程及温度传感元件。

二、实验原理

粒状材料的导热系数可通过球体导热仪测定。如图1—1所示。由均质粒状材料填 充而成的球壁，内外直径分别为d11及d2（半径 r1及r2），它的内外表面温度等于t1和t2，并维持 不变。由于在不大的温度范围内大多数工程材料的 导热系数与温度的关系，均可按直线关系处理，则 将付利叶定律用于此球壁导热问题。如图7—1的边 界条件积分可得到热流量计算式：

???d1d2?m(t1?t2) （1—1） ???? （1—2）

?d1d2(t1?t2)?m?式中：

1(d2?d1)； 2t?tλm—球壁材料在 tm?12时的导热系数。

2δ—球壁厚度δ=

图7—1 球壳导热过程

因此，只要维持内外球壁温度均匀稳定，已知球壁半径d1和d2，测出内外球壁表面温度t1和t2，即可由式（1—2）算出材料的导热系数λm 。

三、 实验设备

如图7—2所示，实验设备组成包括：球体导热仪本体、实验台手动测试系统、计 算机测量系统、数字仪表测量系统。球体导热仪本体是两个球壳同心套装在一起，内球壳外径为d1，外球壳内径为d2，在两球壳之间填充实验粒状材料，热量由装入内球壳