实验一 空气定压比热容测定.doc

实验一 空气定压比热容测定一、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为 （1）在没有对外界作功的气体定压流动过程中，, 此时气体的定压比热容可表示为 （2）当气体在此定压过程中由温度t1被加热至t2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定 (kJ/kg) (3)式中，M 气体的质量流量，kg/s;Qp气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s。大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度t1被加热至t2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为(kJ/kgK)式中T为绝对温度，单位为K。该式可用于250600K范围的空气，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为 （4）由t1加热到t2的平均定压比热容则为 (5)这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。因此，可以对某一气体在n个不同的平均温度t m i下测出其定压比热容c p m i ，然后根据最小二乘法原理，确定 （6） （7）从而便可得到比热容的实验关系式。三、实验设备 图 1 实验装置图1.整个实验装置由风机、流量计、测试比热容仪器本体、电功率调节系统及测量系统共四部分组成，如图1所示。2.比热容仪器本体由图2所示。3.空气（或其它气体）由风机经流量计送入比热容仪本体，经加热、均流、旋流、混流、测温后流出。气体流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的电压调节。4.该比热容仪可测量300以下气体的定压比热容。 图 2 比热容仪本体图四、实验步骤1.按图1所示接好电源线和测量仪表。经指导教师认可后接通电源，将选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。2.小心取下流量计上的温度计。开动风机，调节流阀，使流量保持在预定值附近，测出流量计出口处的干球温度t a和湿球温度t w。3.将温度计放回原位。调节流量，使它保持在预定值附近。调节电压，开始加热（加热功率的大小取决于气体流量和气流进出口温度差，可依据关系式Q =K 12 t /进行估算，式中Q为加热功率，W；t为比热容仪本体进出口温度差，；为每流过10升空气所需要的时间, s；K为设备修正系数 ）。4.待出口温度稳定后（出口温度在10分钟内无变化或有微小变化，即可视为稳定），即可采集实验数据。需采集的数据有：(1)每10升气体通过流量计时所需的时间（s）；(2)比热容仪进口温度 t 1 （）与出口温度 t 2 （）；(3)当时大气压力B （mmHg） 和流量计出口处的表压力h （mmH2O）；(4)电加热器的电压U （V） 和电流 I ( A )；5.改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重复步骤4。在允许的时间内可多做几次实验。将上述实验数据填入所列的原始数据表中。五、计算公式1.根据流量计出口处空气的干球温度 t a和湿球温度 t w，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度，再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量d (g水蒸汽 / kg干空气)，计算出水蒸汽的容积成分r w 2.电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电流表的内耗。如电压表和电流表采用图1所示的接法，则应扣除电流表的内耗。设电流表的内阻为RmA()，则可得电加热器单位时间放出的热量 kJ/s3.干空气流量为 kg/s4.水蒸汽流量为 kg/s5.水蒸汽吸热量为 kJ/s6.干空气吸热量为7. 计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下： t0=8； tw=7.5； B=748.0毫米汞柱 t1=8； t2=240.3； =69.96 秒/10升； h=16 毫米水柱; W=41.84瓦查焓湿图得 d=6.3克/公斤干空气（相对湿度=94%）千卡/秒 公斤/秒 公斤/秒千卡/秒 千卡/（公斤）六、 比热随温度的变化关系假定在0300之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由t1到t2的平均比热为： 因此，若以 为横坐标， 为纵坐标（如图三），则可根据不同的温度范围内的平均比热确定截距a和斜率b，从而得出比热随温度变化的计算式。 图 三七、实验报告要求1.简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。2.实验原始数据记录表，计算过程及计算结果。3.将实验结果表示在c pm t m 的坐标图上，用（6）和（7）式确定A、B，确定平均定压比热容与平均温度的关系式（5）和定压比热容与温度的关系式（4）。4.对实验结果进行分析和讨论。八、注意事项1.切勿在无气流通过的情况下使加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。2.输入加热器的电压不得超过220伏，气体出口最高温度不得超过300。3.加热和冷却要缓慢进行，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或骤降而损坏。4.停止实验时，应先切断电加热器，让风机继续工作十五分钟左右。九、思考题1.如何在实验方法上考