《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 7-2 7.1.2.气体定压比热容测定实验

气体定压比热容测定实验1.实验目的①熟悉本实验中的测温、测压、测热和测流量的方法。②掌握由基本数据和基本公式计算比热容的方法。2.实验原理引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有 δq=dℎ−vdp （1）定压时dp=0，有 cp=δq式（2）直接由cp的定义导出，故适用于一切工质。在没有对外界做功的气体的等压流动过程中，有 dℎ=1mδ则气体的定压比热容[单位：kJ/（kg·℃）]可以表示为 cpt1式中m——气体的质量流量，kg/s；Qp——气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。由于气体的实际定压比热容随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热容与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为 cp=a式中，a、b、e等是与气体性质有关的常数。在离室温不很远的温度范围内，空气的比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似表示为 cp=a+则温度由t1升高到t2的过程中所需要的热量可表示为 q=t1t由t1加热到t2的平均定压比热容可表示为 cpt1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。当湿空气气流由温度t1加热到t2时，其中水蒸气的吸热量可用式（9）计算。 Qw=mwt1t2式中mw——气流中水蒸气质量，kg/s；Qw——水蒸气的吸热量，kJ/s。则干空气的平均定压比热容由式（10）确定，即 cpmt式中Qp′——湿空气气流的吸热量；kJ/s。3.实验系统及装置图1气体定压比热容测定实验装置1-节流阀；2-流量计；3-比热容仪本体；4-瓦特表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机整个实验装置由风机、流量计、比热容仪本体、电功率调节及测量系统共四部分组成，如图1所示。图2比热容仪本体结构图比热容测定仪本体由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）、电加热器3和均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，进口温度计4测量其初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，出口温度计8测量加热终了温度后被引出，如REF_Ref14760\h图2所示。4.实验步骤及方法①接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。②取下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度t0和湿球温度tw。③将温度计插回流量计，重新调节流量，使它保持在额定值附近，逐渐提高电压，使出口温度计读数升高到预计温度[可根据下式预先估计所需电功率：w=12Δtτ，式中：w为电功率（W）；Δt为进出口温差（℃）；τ④待出口温度稳定后，读出下列数据。a.通过V（m³）气体所花的时间τ（s）。b.比热容仪进口温度t1(℃)，出口温度t2(℃)。c.大气压力计读数B1（kPa），流量计中气体表压Δh(mmH2O）。e.电加热器的功率Qp（W）。⑤测量流量计出口空气的干球温度t0和湿球温度tw确定空气的相对湿度φ。5.实验数据记录表STYLEREF3\s7.1.2-SEQ表\*ARABIC\s31气体定压比热容测定实验数据记录表空气的干球温度t0空气的湿球温度tw大气压力B1流量计中气体表压Δh进口温度t1出口温度t2气体体积V时间τ功率Qp6.实验数据处理及分析暂不启动电加热器，摘下流量计出口与恒温槽连接的橡皮管，把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流干球温度t0相对湿度φ。根据t0和φ值由湿空气的焓-湿图确定含湿量d（g/kg干空气），并计算出水蒸气的容积成分，即 yw=d则气流中水蒸气分压力为 pw=y p=10B1式中p——流量计中湿空气的绝对压力，Pa；B1——当地大气压，kPa；Δh——流量计上压力表（U形管）读数，mmH2O柱。则水蒸气的质量流量mw（kg/s）为 mw=p式中RwT0——绝对温度，K。干空气的质量流量mg（k