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气体定压比热测定实验指导书

气体定压比热容的测定实验是工程热力学基本实验之一，实验中涉及温度、压力、热量（电功率）、流量等基本量的测量，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认识，促进理论联系实际，有利于培养分析问题和解决问题的能力。.
一、实验要求
了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。
掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。
分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置介绍
1、实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计，比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统如图1所示。
2、装置中采用湿式流量计测定气流流量，流量计出口的恒温槽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源设备，并用钟罩型气罐维持供气压力稳定。气流流量用调节阀1调整。
3、比热容测定仪本体（图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。
4、气体自进口管引入，进口温度计4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。
5、该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
三、实验方法及数据处理
实验中需要测定干空气的质量流量、水蒸气的质量流量、电加热器的加热量（即气流吸热量）和气流温度等数据，测定方法如下：
1.干空气的质量流量和水蒸气的质量流量
电加热器不投入，摘下流量计出口与恒温槽连接的橡皮管，把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流干球温度和湿球温度温度（或由流量计上的温度计测量和相对湿度），根据与（或与值）由湿空气的焓-湿图确定含湿量d(g/kg)，并计算出水蒸气的容积成分

水蒸气的容积成分计算式：（1）
d---克水蒸汽/千克干空气

.图1测定空气定压比热容的实验装置系统

1-节流阀；2-流量计；3-比热仪本体；
4-温控仪；5功率表；6开关；7-风机。
2.电加热器的加热量
电热器消耗功率可由功率表读出：（kJ/h）（2）
式中：——功率表读数，W；

图2比热容测定仪结构原理图
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

3.气流温度
气流在加热前的温度和加热后的温度由比热容测定仪上的温度计测量。实验时，根据选定的气流初始温度和加热温度的变化范围及变化间隔，用恒温槽调节，由电加热器调整。
四、实验步骤
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。测出流量计出口空气的干球温度和湿球温度(或相对湿度)。
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，逐渐调整输出功率，使出口温度计读数升高到预计温度。（近似值也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：
10升气体通过流量计所需时间（s）；
比热仪进口温度（℃）；出口温度（℃）；
大气压力计读数（kPa），流量计中气体表压（mmH2O）；
电热器的功率（W）。
5.根据流量计出口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）（3）
式中：——每10升空气流过所需时间，s；
kg/h（4）

7.水蒸气的流量：
kg/h（5）
8、水蒸汽吸热量为：
=[1.833(-)+1.556(-)]KJ/s
9、干空气的平均定压比热为：

五、计算实例
某一稳定工况实测参数如下：
8℃,7.8℃,8℃,99.727kPa,8℃,240.3℃,69.96s/10l，16mmH2O柱，=41.842W，由，查焓-湿图得94%，6.3g/kg干空气。
计算：1.水蒸气的容积成分：
代入式（1）=0.010027
2.电加热器单位时间放出的热量：
代入式（2）kJ/h
3.干空气质量流量：
代入式（4）

kg/h
4.水蒸气质量流量：
代入式（5）

kg/h

5、水蒸汽吸热量为：
1.728kJ/h
6、则干空气的平均定压比热容为：
kJ/kg.℃
六、实验注意事项
电热器不应在无气流通过情况下投入工作，以免引起局部过热而损害比热仪本体。
输入电热器电压不得超过220伏，气体出口温度最高不得超过300℃。
加热和冷却要缓慢进行，防