气体定压比热测定实验

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 C ，而不是定压容积比热 C 。PPCp : P = const时，lkg气体温度升高IK时所吸收的热量，kJ/(kgK)； C； : P = const时，1Nm3气体温度升高1K时所吸收的热量，kJ/(kgK)。 根据定义， 对于 lkg 工质，Cp =Dqt kJ/(ftg K( 1)对 于 mkg 工 质，C = kJ/(kg K(2)P mDtU在这里我们所求的就是干空气的定压质量比热C，“干”用下标“g”表示，即 PkJ/(kg)3)Qgm Etg各参数值的测定如下：(1) At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At，只要我们在比热仪进口设置 温度计t和出口设置温度计t，即可求出At二t -1。1 2 2 1(2) m 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 m kg/s， gg干空气符合理想气体定律：PVm = gk g / s( 4)g R Tg0分母上，R为干空气的气体常数，R= 287J/(kK)；gsT为干空气热力学温度，T = (t + 273.15)K0 0 0分子上， P 为空气中干空气的分压力， 根据道尔顿分压定律，gP 二 Ppr Pa(5)gu g空气绝对压力P二B + P ；bB 为大气压，可用大气压力计测出；P为U型管比压计测出的压力，U型管比压计中介质为水，则bP 二 9.8Ah Pa( 6)bAh为U型管比压计两管液面高度差，mmH2O。r 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 g外就是干空气，那么r二1 -r ；gw7)d / 622r =w 1 + d /622d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t1 和湿球温度 t ， 即可求出 d。wV 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：V =10 X10-3Tm3 / s10升是指流量计指针转5圈的容积量，T为转5圈所用的时间。 ( 3 ) Q 的 测 定 ：g在实验中，我们采用电加热方式，对空气的加热功率为P，则Q = P x 10 -3k J / s实验中， 电加热的是空气， 既有干空气， 又有水蒸气， 因而：Q =Q-Q kJ/sgw5)式中，Q 水蒸气吸热量测定： wQ = mww1.833(t -1) + 0.00015555(t 2-12) kJ/s2 1 2 1m 水蒸气的质量流量测定： wPV m = f k g / sw R T w0R为水蒸气的气体常数，R = 471.5J/(kg4)；ww( 8 )( 9 )10)11)12)P 为空气中水蒸气的分压力， 根据道尔顿分压定律，wP Pr Pa( 13)ww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)。610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1213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T ,读出U型管比压计液面高度差A h，读出空气入口干球温度t、湿球温度t、出口温度t，电 1w2功率P，读出大气压力B，读出流量计出口干球温度t。0(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46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t / C1湿球温度t / Cw出口温度t / C2时间p /sAh/mmH 2。电功率P/ W干球温度t / C0123456表 2 气体定压比热测定实验计算表实 验 次 数温差At / C含湿量d/ g/kg(a)rwV/m3/sPb/PaP/PaPg/Pamg/kg/sPw/Pamw/kg/sQw/kJ/sQ/kJ/sQg/kJ/sCp/kJ/(kg)123456六、分析思考题：分析比热随温度的变化关系。假定在0300 C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t到t的 12平均比热为：6 t2 (a+bt )dtt+tCt2=+=a + b 厶Pmtit-t221因此，t右以+为横坐标，Ct2为纵坐标,2Pm 则 可根据不同的温度范围内的平均比热确定截距a和斜率b,从而得到比热随温度变化的计算式，并且画出此关系图。七、注意事项：(1) 切勿在无空气流过的情况下进行通电加热， 以免引起过热烧损仪器；(2) 输入电压不得超过220V ,气体出口温度不得超过300 C；(3) 加热和冷却要缓慢进行， 防止温度计和比热仪本体因骤热骤冷损坏；(4) 停止实验要先切断电加热器电源， 风机继续运行 15 分钟后再切断风机电源。