气体定压比热测定实验.doc

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干气体定压比热测定实验
干气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。
一、实验目的
1.了解实验装置的基本原理和结构。
2.熟悉温度、压力、热量、流量等基本量的测量方法。
3.掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。
4.分析产生误差的原因及减小误差的途径。
二、实验原理
本实验测定的是干空气的定压质量比热，而不是定压容积比热。
时，1kg气体温度升高1K时所吸收的热量，；
时，1Nm3气体温度升高1K时所吸收的热量，。
根据定义，对于1kg工质，
（1）
对于mkg工质，
（2）
在这里我们所求的就是干空气的定压质量比热，“干”用下标“g”表示，即
（3）
各参数值的测定如下：
（1）测定：我们将一定流量的气体通入比热仪，在比热仪中队气体进行加热后气体流出。这样，气体进入比热仪与流出比热仪就存在了温度差，只要我们在比热仪进口设置温度计和出口设置温度计，即可求出。
（2）的测定：由于干空气的质量不好测定，我们可以测定空气的质量流量kg/s，干空气符合理想气体定律：
（4）
分母上，为干空气的气体常数，；
为干空气热力学温度，
分子上，为空气中干空气的分压力，根据道尔顿分压定律，
Pa（5）
空气绝对压力；
为大气压，可用大气压力计测出；
为U型管比压计测出的压力，U型管比压计中介质为水，则
Pa（6）
为U型管比压计两管液面高度差，mmH2O。
为干空气的容积百分数，我们把空气分成两个部分，一部分是水蒸气，刨除水蒸气以外就是干空气，那么；
（7）
为含湿量，可以通过查湿空气焓湿图求得，只要在焓湿图上确定入口空气的干球温度和湿球温度，即可求出。
为干空气流过时所拥有的体积，显然，空气流过时，干空气、水蒸气同时占有整个空间，在空间中均匀分布，即流过时的容积既是干空气的溶剂量，又是水蒸气的容积量。我们用湿式流量计进行测定：
（8）
10升是指流量计指针转5圈的容积量，为转5圈所用的时间。
（3）的测定：
在实验中，我们采用电加热方式，对空气的加热功率为P，则
（9）
实验中，电加热的是空气，既有干空气，又有水蒸气，因而：
（10）
（4）水蒸气吸热量测定：
（11）
（5）水蒸气的质量流量测定：
（12）
式中，为水蒸气的气体常数，；
为空气中水蒸气的分压力，根据道尔顿分压定律，
Pa（13）
三、实验装置
实验装置由风机、湿式流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成（如图1所示）。

图1气体定压比热测定装置图
1.风机；2.调节阀；3.湿式流量计；4.U型管比压计；5.温度计；6.温度计；
7.比热仪本体；8.多层杜瓦瓶；9.混流网；10.旋流片；11.绝缘垫；12.均流网；13.电热器；
14.电功率表；15.测温表；16.风机开关；17.加热开关；18.加热电功率调节器
比热仪本体是由多层杜瓦瓶包裹，内部布置有加热线圈，在出口处设置有均流网、旋流片、混流网，是为了出口温度计测定的温度为最高的平均温度；同时设置绝缘垫，是为了避免温度计直接接触电加热丝，影响温度测定。
四、实验方法与步骤
（1）接通电源，开动风机。空气被鼓风机鼓出经流量调节阀进入湿式流量计，然后再由湿式流量计进入比热仪本体。调节流量调节阀，使得在比热仪本体出口有空气流出。
（2）接通电加热系统，调节电功率调节器，使初始加热电功率在20W左右，对比热仪本体中流过的空气进行加热。等待出口温度计温度稳定，读出湿式流量计转两圈所用时间τ，读出U型管比压计液面高度差Δh，读出空气入口干球温度、湿球温度、出口温度，电功率P，读出大气压力B，读出流量计出口干球温度。
（3）调节电功率调节器，使得电功率升高5W左右，等待出口温度计稳定，重复（2）中读数过程。
（4）通过调节电功率调节器，使得每次电压升高5W左右，可以依次获得4~6组实验数据，记录在数据表中。
（5）实验数据记录完后，电功率调节器归零，关闭电源，再关闭风机电源，实验结束。

五、数据记录及整理
1、记录和计算：
实验设备名称：气体定压比热测定仪设备编号：
大气压力B=Pa
表1气体定压比热测定实验记录表
实验次数入口温度/℃湿球温度/℃出口温度/℃时间
/s
/mmH2O电功率P/W干球温度/℃123456
表2气体定压比热测定实验计算表
实验次数温差/℃含湿量d/

/Pa
/Pa
/Pa
/kg/s
/Pa
/kg/s
/kJ/s
/kJ/s
/kJ/s
/123456

六、分析思考题：
分析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的有线性关系，则由到的平均比热为：

因此，若以为横坐标，