同济大学工程热力学实验指导之气体定压比热的测定.pdf

实验一气体定压比热测定一、实验目的气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。实验中需要对温度、压力、热量（电功）及流量等热工参数的测量；计算中用到比热及混合气体（湿空气）方面的基本知识。本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性知识，熟悉温度、压力、热量及流量的测量方法，促进理论联系实际，以利于培养分析问题和解决问题的能力。二、实验原理二、实验装置简介整个装置由风机、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1所示。比热仪本体如图2所示。空气（或其他气体）由风机经节流阀，流量计送入比热仪本体，经加热、均流、旋流、混流。测温后流出。气体由节流阀控制；气体出口温度由输入电热器的电压调节。该比热仪可测量300℃以下气体的定压比热。出口温度计有三支，其标尺范围为：0~100℃，100~200℃，200~300℃，可根据需要选用。三、操作与计算1进口温度计热空气1．接通电流及测量仪表，选择所2多层杜瓦瓶83电热器需的出口温度计插入混流网的凹槽中。4均热网75绝热垫66旋流片2．开动风机调节节流阀，使空气7混流网58出口温度计流量保持在额定值（0.5m3/h）附近。43测出空气的干球温度（t）和相对湿度0（Φ）。3．调节流量，使它保持在额定值12附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度[可根据下式预先估计所需电功率：W≈1.2△t/τ，式中W为电4冷空气功率（瓦）；△t为进出口温度差（℃）]。图24．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变化，即可视为稳定），读出下列数据：每分钟通过流量计的流量V（升/分）；比热仪进口温度（t，℃）；1比热仪出口温度（t，℃）；2流量计进口处压表（△P，Pa）；电流器的电压（U，伏）和电流（I，A）；当时的大气压（B，kPa）。5．根据环境的干球温度和相对湿度，从湿空气的含湿图上查出含湿量（d，g/kg干），并由下式计算水蒸气分压力：ddPP(BP)(Pa)w622d622d6．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积来计算，则可得电热器单位时间放出的热量为：QUI(W)7．干空气流量为：PVGgTgRTg0V(PP)w601000(kg/s)287(t273.15)08．水蒸气的流量为：pVGwwRTw0VPw601000(kg/s)462(t273.15)09．水蒸气吸收热量为：5tQG21.84180.000488tdtwwt1G1.8418tt0.000244t2t2(kW)w212110．干空气的定压比热为：QQQtgC2w[kJ/(kgK)]pmt1GttGttg21g2111．比热随温度的变化关系：假定在0~300℃之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系：Cabtp则由到的平均比热为：t2abtdtttttC21ab12pmt1tt221ttt因此，若以12为横坐标，C2为纵坐标，则可根据不同温度范围的平pmt21均比热确定截距a和斜率b，从而得出比热随温度变化的关系式，见下图所示。Cpm0.2450.240(t1+t2)/20.235050100150200四、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本体。2．输入电热器的电压不得超过220V，气体出口温度不得超过300℃。3．加热或冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而断6裂。4．停止试验时，应先切断电热器，让风机继续运行10分钟左右（温度较低时可缩短运行时间）。五、实验记录及报告每个同学在实验前必须认真预习本实验指导书，并拟订记录数据表（要求测出8—10点的参数），对计算公式中各项物理意义必须清楚，掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法，以同意纸张腾写实验报告，并分析本实验产生误差原因及减小误差的可能途径。六、预习思考题1．气体比热测定装置的基本原理是怎样的？2．本实验中气体的压力是怎样来测定的？为什么要测定气体的压力？3．均流网、旋流片、混流网的作用是什么？4．流量计出口气体压力与比热仪本体中气体压力不完全相同，这样是否会影响气体定压比热的计算？5．在对流量计，U型管压力计，温度计读数时应注意什么问题？7风机节流阀流量计比热计本体毫安表伏特表调压比压器稳压器图18