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1、《空气动力学与热工基础》实验指导书李向新主编长沙航空职业技术学院实验一气体定压热容测量一、实验目的1.掌握气体比热测定装置的基木原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基木思路;2进一步熟悉温度、压力、湿度和流量的测量方法；3测定空气的定压比热，并与文献中提供的数据进行比较。二、实验原理按定床比热的定义,(1-1)式中，i是气体的比焙，T是温度。按热力学第一定律，在气体等压流动中，如果气体不对外作功，且位能和动能的变化可以忽略不计，那么气体熔值的变化就等于它从外界吸收的热量，即这样，气体的定压比热可表示为将（17）是两边积分得到，(1-5)于是气体定压比热的积
2、分平均值:(1HS)式中，是气体在定压流动过程中由温度斤被加热到仏时所吸收的热量（W，用是气体的质量流量（kg/s）,△卩是气体定压流动受热的温升（K）。这样，如果我们能准确的测出Q气体的定压温升贞、质量流量血和加热量Q就可以求得气体的定压比热Pm。在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热町以表示为温度的线性函数，即C=a+bTP（1-7）TtT=（7；+7）/2此时，不难证明，温度2至1Z间的平均比热在数值上就等于平均温度m'12丿下气体的真实比热，即C=Ccr^T^）/2=a+bTM"L12」m（l_g）TT据此，改变1或2,就可以测
3、出不同平均温度下的比热，从而求得比热与温度的关系。三、实验设备如图L1所示本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。实验时，被测空气由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。图L1比热仪全套装置图热仪主体构造如图L2所示。气体的流屋由节流阀调节，比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。比热仪可测20CTC以下气体的比定压热容。图1.2比热仪主体示意图实验时，被测气体由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。TT在此过程中，分别测定：在流量计出口处的T、湿球温度。和⑷，气体流经比热仪主体的进岀
4、口温度勺和丁2；气体的体积流量弋电加热功率W以及实验时的大气压B和流量计出口处的表压△力。气体的流量由节流阀控制，气体出口温度rh输入电加热器的功率来调节。本比热仪可测30(TC以下气体的定压比热。Q前已指出，提高测量精度的关键是提高P、AT和加的测最精度，设电加热器的功率为W,贝0：g(1-9)其中©是气体所吸收的热最，©是损失到环境屮的热最。由于杜瓦瓶实际上是一个高度真空的多层瓶，且每一层的内壁上都镀有高反射率的水银。这样，按着传热学理论，通过杜瓦瓶的散热损失将很小，因此在(1T)式中的©实际上很小，完全可以忽略不计。这样,W=如果通入比热仪本
5、体的是纯气体，则（1-6）是重的QP~QS0然而，如果(1-10)通入的是湿空气，而我们要测定的是干空气的定压比热，贝IJ:其屮3是湿空气小水蒸气所吸收的热量，它可用下式计算1+2.65x10-哺(1-11)%丸+‘2丿/2°Cc式中，是湿空气中水蒸气的质量流量伙g/s）,肋是水蒸气的定压比热（K//如C）。四、实验方法及数据处理实验中需要测定干空气的质虽流虽m水蒸气的质量流虽加⑷，电加热器的加热量（即气流吸热最）和气流温度等数据。具体测定方法和实验步骤如下：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摘下流量计上的温度计，开
6、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血,a将温度计插回流量计，调节流量，使Z保持在额定值附近。接通电加热器电源，逐渐提高电加热器功率，使出口温度升至预定值（可根据"=12477丁来佔算所需功率，其中仗〕△卩为气流进出口温差I丿，丫为每流过10升（Q01立方米）空气所需的时间,秒）。4待岀口温度稳定侯（出口温度在15分钟内无明显变化），读出表1—1数据：表1-1参数第一组数据第二组数据第三纟R数据TT1BAAWt：每流过10升空气所需要的时间，S?1：比热仪进口温度亦即流量计的出口温度，KB：当地人气压,讪恥；从：
7、流量计出口表压，肌mH20；W:电加热器输入功率W5完成上述步骤后，改变加热器功率，重复步骤(D,测得另一组数据，直到完成测量任务(至少测四组，以出口温度T2分别为40°C,60°C,80°C,100°C或io(rc,I2(rc,140C,160C)。然后切断电源，使仪器恢复原样。有了上述数据后，即可用公式(1-6)、(1-10)和(1-11)求出相应的比热，现把有关参数的计算说明如下：1)湿空气中水蒸气容积成分几的计算。山于湿球温度匚和5从湿空气的焙一湿图上dd图)查出湿空气的含湿量d(g"g),用下式即可算得几，(1-12)%一622+〃2)水
8、蒸气质量流量加⑷的计算，按理想气体状态方程和分压定律，水蒸气质量流量加⑷m=vvVo(1-13)其中旷是丁时间段为空气所流
