工程热力学实验指导书：实验一 气体定压比热容实验

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1、实验一气体定压比热容实验一、实验目的1．了解气体比热容测定装置的基本原理和构思。2．熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。3．掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。4．分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验类型综合性实验三、实验仪器实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电工率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统如图1-1所示。装置中采用湿式流量计测定气流流量，气流流量用调节阀1调整。流量计出口的恒温槽2用以控制测定仪器出口气流的温度。装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气

2、源设备，并用钟罩型气罐5维持供气压力稳定。图1-1测定空气定压比热容的全套装置系统1-调节阀；2-流量计；3-比热仪本体；4-瓦特表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机比热容测定仪本体（图1-2）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1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。该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。图2-2比热容测

3、定仪结构原理图1-进口温度计；2-多层杜瓦瓶；3-电加热器；4-均流网；5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网；8-出口温度计四、实验原理根据热力学第一定律解析式，对可逆过程有：（1-1）定压时（1-2）此式直接由的定义导出，故适用于一切工质。在没有对外界作功的气体的等压流动过程中：（1-3）则气体的定压比热容可以表示为：kJ/kg•℃（1-4）式中：——气体的质量流量，kg/s；——气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。由于比热随温度的升高而增大，在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形

4、的，即可近似表示为：（1-5）则温度由至的过程中所需要的热量可表示为：（1-6）大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度加热到时，其中水蒸气的吸热量可用式（2-8）计算，其中，，则水蒸气的吸热量为：=kJ/s（1-7）式中：——气流中水蒸气质量，kg/s。则干空气的平均定压比热容由下式确定：（1-8）式中：——湿空气的质量流量，kg/s；——为干空气气流的吸热量；——为湿空气气流的吸热量。仪器中加热气流的热量（例如用电加热器加热），不可避免地因热辐射而有一部分散失于环境。这项散热量的大小决定于仪器的温度状况。只要加热

5、器的温度状况相同，散热量也相同。因此，在保持气流加热前的温度仍为和加热后温度仍为的条件下，当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时，每次的散热量应当是一样的。于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。设两次测定时的气体质量流量分别为和，加热器的加热量分别为和，辐射散热量为，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系两式相减消去项，得到kJ/kg•℃（1-9）五、实验内容和要求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

6、口空气的干球温度和湿球温度。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：,式中：为电功率（W），为进出口温差（℃），为每流过10升空气所需的时间（s））。4.待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏即可视为稳定），读出下列数据：a）10升气体通过流量计所需时间（s）；b）比热仪进口温度（℃）；出口温度（℃）；c）大气压力计读数（kPa），流量计中气体表压（mmH2O）；d）电热器的功率（W）。5.根据流量计出口

7、空气的干球温度和湿球温度确定空气的相对湿度，根据和干球温度从湿空气的焓-湿图（工程热力学附图）中查出含湿量（g/kg干空气）。6.每小时通过实验装置空气流量：（m3/h）（1-10）式中：——每10升空气流过所需时间，s；将各量代入式（2-18）并统一单位可以得出干空气质量流量的计算式：kg/h（1-11）7.水蒸气的流量：将各量代入式（2-16）并统一单位可以得出水蒸气质量流量的计算式：kg/h（1-12）六、注意事项1、切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。2、输入电热器的电压不

8、得超过220V，气流出口最高温度不得超过300℃。3、加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤升和骤降而破裂。4、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。七、思考题1、怎样判断气体的流动已经稳定了？2、停止实验后，为什么还要让风机运行一段时间？3、如果不考虑水蒸气的