实验一--气体定压比热容测定实验.doc

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1、工程热力学实验指导书哈尔滨理工大学热能与动力工程实验室5实验一气体定压比热容测定实验一．实验目的1．了解气体比热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．实验原理引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：和定压时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：则气体的定压比热容可以表示为：kJ/kg•℃式中：——气体的质量流量，kg/s；——

2、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是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：式中、、等是与气体性质有关的常数。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的，假定在0-300℃之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系：5则温度由至的过程中所需要的热量可表示为：由加热到的平均定压比热容则可表示为：若以（t1+t2）/2为横坐标，为纵坐标（如下图所示），则可根据不同温度范围的

3、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。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下式计算：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：式中：——为湿空气气流的吸热量。5三.实验设备1．整个实验装置由风机，流量计，比热仪本体，电功率调节及测量系统共四部分组成，如图一所示。图二2．比热仪本体如图二所示。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

4、，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。四．实验方法及数据处理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，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度[可以根据

5、下式预先估计所需电功率：W≈12Δt/τ。式中W为电功率（瓦）；5Δt为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升空气所需时间（秒）]。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：每10升气体通过流量计所需时间（τ，秒）；比热仪进口温度（t1,℃）和出口温度（t2,℃）；当时大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh，毫米水柱）；电热器的电压（V，伏）和电流（I，毫安）。5．据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量（d，克/公斤

6、干空气）,并计算出水蒸汽的容积成分。6．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电表的内耗。如果伏特表和毫安表采用图一所示的接法，则应扣除毫安表的内耗。设毫安表的内阻为RmA欧，则可得电热器单位时间放出的热量为。7．水蒸气和干空气质量流量的计算，可按理想气体处理。五．注意事项1．切勿在无空气流通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪。2．电加热器输入电压不得超过220V，气体出口温度不得超过300℃。3．加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时

7、要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行10至20分钟。4．实验测定时，必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。六、实验报告1．简述实验原理和仪器构成原理。2．列表给出所有原始数据记录。3．列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）。4．与下述经验方程比较其中：T为空气的绝对温度，K。5．分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；七、思考题1．在本实验中，如何实现绝热？2．气体被加热后，要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度，为什么？简述均流网、旋流片

8、和混流网的作用？3．尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施，但散热是不可避免的。不难理解，在这套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。你能否提供一种实验方法（仍利用现有设备）来消除散热给实验带来的误差？5