同济大学工程热力学实验指导之气体定压比热的测定1500字.docx

    同济大学工程热力学实验指导之气体定压比热的测定1500字    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（t1，℃）；比热仪出口温度（t2，℃）；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：ddPw?P?(B??P) (Pa) 622?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：GTg?PgVRgT0V(P?Pw)? (kg/s)?287?(t0?273.15)8．水蒸气的流量为：Gw?pwVRwT0VPw?(kg/s)?462?(t0?273.15)9．水蒸气吸收热量为：5Qw?Gw??1.8418?0.000488t?dtt122?Gw?1.8418t?t?0.000244t?t?????2121?? (kW)t210．干空气的定压比热为：Cpmt2t1?QgGgt2?t1?Q?Qw [kJ/(kg?K)] Ggt2?t111．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：Cp?a?bt则由到的平均比热为：C因此，若以t2pmt1?a?bt?dt?t??a?bt1t21t2?t1?t2 2t1?t2为横坐标，Cpmtt12为纵坐标，则可根据不同温度范围的平2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。

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图18第二篇：实验二 气体定压比热的测定 3200字实验二 气体定压比热容的测定一、实验目的1． 掌握气体比热容测定装置的基本原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基本思路；2． 进一步熟悉温度、压力和流量的测量方法；3． 测定空气的定压比热容，并与文献中提供的数据进行比较。

二、实验原理按定压比热容的定义， cp??qpdT?qp?cp?dTT2Qp?mcp?dTT1?气体定压比热容的积分平均值： cpm?Qpm(T2?T1)?Qpm?T (1)式中，Qp是气体在定压流动过程中由温度T1被加热到T2时所吸收的热量（W），m是气体的质量流量（kg/s）,△T是气体定压流动受热的温升（K）这样，如果我们能准确的测出气体的定压温升△T，质量流量m和加热量Q，就可以求得气体的定压比热容cpm在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热容可以表示为温度的线性函数，即cp=a+bT不难证明，温度T1至T2之间的平均比热容，在数值上等于平均温度Tm=( T1+T2)/2下气体的真实比热容，即cpm=cp[(T1+T2)/2]=a+bTm (2)据此，改变T1或T2，就可以测出不同平均温度下的比热容，从而求得比热容与温度的关系三、实验设备实验所用的设备和仪器主要有风机、流量计、比热仪主体、调压变压器、温度计等实验时，被测气体由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出在此过程中，分别测定：在流量计出口处的干、湿球温度T0和Tw ，气体流经比热仪主体的进出口温度T1和T2；气体的体积流量V；电加热功率P以及实验时的大气压pb和流量计出口处的表压pe。

气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节本比热仪可测300℃以下气体的定压比热容前已指出，提高测量精度的关键是提高Qp、ΔT和m的测量精度，设电加热器的功率为P，则，P=Qg+Qζ (3)其中，Qg是气体所吸收的热量，Qζ是损失到环境中的热量由于杜瓦瓶实际上是一个高度真空的多层瓶，且每一层的内壁上都镀有高反射率的水银这样，按着传热学理论，通过杜瓦瓶的散热损失将很小，因此在（3）式中的Qζ 实际上很小，完全可以忽略不计这样，P=Qg如果通入比热仪本体的是纯气体，则Qp=Qg=P 1然而，如果通入的是湿空气，而我们要测定的是干空气的定压比热容，则，Q=Qg-Qw=P-Qw (4)其中Qw是湿空气中水蒸气所吸收的热量，它可用下式计算Qw=mw·cpw·Δt kWcpw=1.844×(1+2.65×10-4 tm ） (5)tm=(t1+t2)/2 ℃式中，mw是湿空气中水蒸气的质量流量（kg/s），cpw是水蒸气的定压比热容（kJ/kg·℃）四、实验方法及数据处理实验中需要测定干空气的质量流量m，水蒸气的质量流量mw，电加热器的加热量（即气流吸热量）Qg和气流温度等数据。

具体测定方法和实验步骤如下：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，湿球温度Tw；3）将温度计插回流量计，调节流量，使之保持在额定值附近接通电加热器电源，逐渐提高电加热器功率，使出口温度升至预定值（可根据P=12ΔT/τ来估算所需功率，其中ΔT为气流进出口温差（℃），τ为每流过10升（0.01立方米）空气所需的时间，（秒）4）待出口温度稳定侯（出口温度在15分钟内无明显变化）读出下列数据：τ：每流过10升空气所需要的时间，s；T1：比热仪进口温度亦即流量计的出口温度，K；pb：当地大气压，mmHg；pe：流量计出口表压，mmH2O；P：电加热器输入功率，W5）完成上述步骤后，改变加热器功率，重复步骤1）~4），测得另一组数据，直到完成测量任务（至少测四组，以出口温度T2分别为40℃，60℃，80℃，100℃，或100℃，120℃，140℃，160℃）然后切断电源，使仪器恢复原样有了上述数据后，即可用公式（6）、（10）和（11）求出相应的比热容，现把有关参数的计算说明如下： 21）湿空气中水蒸气容积成分rw的计算。

由于湿球温度T0和Tw从湿空气的焓—湿图上（h-d图）查出湿空气的含湿量d（g/kg），用下式即可算得rw：rw?d622?d （6）2）水蒸气质量流量mw的计算，按理想气体状态方程和分压定律，水蒸气质量流量mw可以表示为 mw?pw(V'/?) kg/s （7） RwT0其中V’是τ时间段为空气所流过的容积，在这儿我们取定为V’=0.01立方米，Rw是水蒸气的气体常数，Rw=461.5J/(kg·K)；T0是干球温度，K；而pw是水蒸气的分压力，它可用下式计算105pw?rw(P?133.322rw(Pb?0.0735565?h)Pa （8） b??h/13.595)?750.0623）干空气质量流量m的计算方法仿前m?P(V'/?) kg/s （9） RT0其中R是空气的气体常数，Rg=287 J/（kg·K），而p是干空气的分压力，p?133.322(1?rw)(Pb?0.0735565?h)Pa (10)五、注意事项1．切勿在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。

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．绘出Cpm~tm，图线，用最小二乘法给出经验关系式，给出平均偏差和最大偏差，并与下述经验方程比较T2T3Cp?1.02319?1.76019?10?4T?4.02402?10?3()?4.87268?10?4() kJ/(kg·K) 100100其中T为空气的绝对温度，K5．分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；6．你在实验中遇到的主要困难是什么？试提出改进方法你对该实验的总评价如何？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 3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？4＋   -全文完-。