实验一 空气定压比热容测定 2

实验一空气定压比热容测定一、实验目的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。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。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)dQ在没有对外界作功的气体定压流动过程中，dhP,此时气体的定压比热容可表示2)当气体在此定压过程中由温度-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C t2C t2pm(t1QM(t-1)21(kJ/kg°C)(3)式中，M—气体的质量流量，kg/s;Q—气体在定压流动过程中吸收的热量，kj/s。P大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度t］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C=1.02319-1.76019x10-4T+4.02402x10-7T2-4.87268x10-16T3(kJ/kgK)p式中T为绝对温度，单位为K。该式可用于250〜600K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TOC\o"1-5"\h\zc二A+Bt (4)p由t］加热到t2的平均定压比热容则为c12=J。“ 'dt=A+B1+'2=A+Bt (5)pmt1 tt—t 2 m1 2 1这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t=(t+t)/2时的定压比热容。m12因此，可以对某一气体在n个不同的平均温度t下测出其定压比热容c ，然后根据最mi pmi小二乘法原理，确定

TOC\o"1-5"\h\zZtcZt-Zc 工12A= mi__pto^ mi pmi mi(Zt)2-nZt2mi miZtZc -nZtc(Zt)2-nZt2mi从而便可得到比热容的实验关系式三、实验设备流量计节流阀图1mi从而便可得到比热容的实验关系式三、实验设备流量计节流阀图1实验装置图>*<r.7]TTrrw/zw0 -OO-—--OO--—-O O—-O O-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。比热容仪器本体由图2所示。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。该比热容仪可测量300°C以下气体的定压比热容。热空气8”岀口温度计1■讲口温度计冷空气乳电热器.冬层杜瓦瓶T.热空气8”岀口温度计1■讲口温度计冷空气乳电热器.冬层杜瓦瓶T.混流网6.旋流片5.绝缘片q.均涼网图2比热容仪本体图四、实验步骤按图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。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和湿球温度t。aw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=K12△t/r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，€；r为每流过10升空气所需要的时间，s；K为设备修正系数）。

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：⑴每10升气体通过流量计时所需的时间「(s)；比热容仪进口温度t](°C)与出口温度t2(°C)；当时大气压力B(mmHg)和流量计出口处的表压力△h(mmH2O)；电加热器的电压U(V)和电流I(A)； 2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和湿球温度t，在干湿球温度计上读出空气aw的相对湿度0，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rwd/622r=w1+d/622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R(Q)，则可mA得电加热器单位时间放出的热量Q二(U-1-0.001R12)X10-3 kJ/smA干空气流量为pVM=—g—gRTga_(1-r)(B+Ah/13.6)x133.32x0.01/t— w 287(t+287(t+273.15)a_4.645x10-3(1-r)(B+Ah/13.6)— w t(t+273.15)

apVM——w■wRTwa_r(B+Ah/13.6)X133.32x0.01/t—-w—461.5(t+461.5(t+273.15)a—2.889x10-3r(B+Ah/13.6)

t(t+273.15)a—MJ12(1.844+0.0004886t)dtwq i—M1.844(t-t)+0.0002443(t2-t2)w 2 1 2 1kg/skg/skJ/s干空气吸热量为kg/skg/skJ/sQ—Q-Qpw

计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：B=748.0毫米汞柱B=748.0毫米汞柱T=69.96秒/IO升;tl=8°C； t2=240.3°C；△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9=94%）二0.010027二0.010027r=w1+6.3/622GGg41.844.1868x103二9.9938GGg41.844.1868x103二9.9938x10-3千卡/秒_4.6447x10-3(1-0.010027)(748+16/13.6)_皿同x10669.96(8+273.15)公斤/秒2・8889x10-3X0.010027(748+16/13.6)二1.1033x10-669.96(8+273.15)公斤/秒Q二1.1033x10-6[0.4404(240.3-8)+0.00005835(240.3-82)二0.1166x10-千卡/秒9.9938x10-3-0.1166x10-3 0.2428175.14x10-6(240.3―8) 千卡/(公斤.°C)空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，贝畑tl到六、 比热随温度的变化关系假定在0—300C之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，贝畑tl到(abt)dtC0为横坐标，(abt)dtC0为横坐标，C0mt2t1为纵坐标（如图三），贝可根据不同的温度因此，若以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。C丄2-大卡/公斤・°C图三七、实验报告要求简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。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 t的坐标图上，用（6）和（7）式确定A、B,确定平均定pm——m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）。对实验结果进行分析和讨论。八、注意事项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°C。加热和冷却要缓慢进