大学生创新创业..

1、项目编号：吉林大学“大学生创新创业训练计划创新训练 项目申请书项目名称 空气比定压热容测量装置的改造及精确测量方法研究 项目负责人 刘洋所在学院、 年级、专业 汽车学院 2010 级热能与动力工程 （热 能）联系电话 电子邮件 指导教师姓名 1矫振伟职称高工指导教师姓名 2金英爱职称副教授填表日期 2012年5月 15日吉林大学教务处制表填表须知一、本表适用于创新训练项目 。本科生个人或团队，在校内导师指导下， 自主完成创新性实验方法的设计、设备和材料的准备、实验的实施、数据 处理与分析、总结报告撰写等工作。二、申报书请按顺序逐项填写，实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”三、申请参加大学生

2、创新训练项目团队的人数不得超过 5 人。四、申请项目，必须聘请教师作为指导老师，并请指导教师在申请书中的 指导教师意见栏中签署意见。五、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式不变；不得随意涂 改； A4 纸打印，左侧装订。六、本表由项目负责人报所在学院初审，学院签署初审意见后报送教务处 实习与实验教学科（一式 3 份原件）。七、“项目编号”由教务处填写。八、申报过程有不明事宜，请与教务处实习与实验教学科联系，电话85166413究 装 量 测 容 热 压 定 比 气 空月9 年3102 至 月6 年220负责人名 姓年级院 学业 专号 学 教ai m E刘洋0102汽车工 程学院） 力能

3、 动热 与 热能程项目组成员力 群 张0102汽车工 程学院） 力能 动热 与 热能程指导教师 1名 姓伟 振 矫工 高院 学 程 工 车 汽ai m E题研况 课 域 情验 实 项 该 成 完 富 丰 有 具指导教师2名 姓爱 英 金授 教 副院 学 程 工 车 汽ai m E题研况 课 域 情该 了成 完熟验 ，实 师项 教该 干成 主完 品指 精以项目性质或 计地 设基 小习 作或 创室 小验究 、实研研 明放性调 发开础会 小基社 题科 立师 主教 自 填助括 渠 （ 体资助 包 他 况具费， ） 其 情或经 况 受 助 ” 和 情 目 资无源 奖 项 道“来 获品 精 省林吉。 目得

4、 元一、立项背景和依据（包括研究目的、国内外研究现状分析与评价、研究意义，应附主要 参考文献及出处）研究目的： 在实践中加深理解所学理论知识，理论与实践相结合，激发学生学习的兴趣。提高学 生解决问题的能力，加强对专业知识的理解。通过改造空气比热容测定实验装置，在比热仪入口处增加一个换热装置，精确调节比 热仪进口温度。目前比热仪进口空气温度为室温，通过改变加热功率只能提高比热仪的出 口温度，这样只能得到比热仪进出口温度之间的平均空气比热容。通过改造实验台，开发出一套精确测定空气比热容曲线的实验装置。国内外研究现状分析与评价 ：国内测量主要有两种 ,一种是用绝热膨胀法测定空气的比热容。理想气体的定

5、压比热容Cp 和定容比热容 Cv之关系由下式表示：CpCv=R（ 1）（1）式中， R为气体普适常数。气体的比热容比 r 值为：r= Cp/Cv（2）气体的比热容比现称为气体的绝热系数，它是一个重要的物理量， r 值经常出现在热力 学方程中。测量 r值的仪器如图 1所示。实验时先关闭活塞 C2，将原处于环境大气压强 P0、室温 0 的空气从活塞 C1，处把空气送入贮气瓶 B 内，这时瓶内空气压强增大。温度升高。关闭活 塞 C1，待稳定后瓶内空气达到状态 I（P0，0，V1），V1 为贮气瓶容积。然后突然打开阀门 C2，使瓶内空气与大气相通，到达状态 II（ P1，0，V1）后，迅速关 闭活塞

6、C2，由于放气过程很短，可认为是一个绝热膨胀过程，瓶内气体压强减小，温度降 低，绝热膨胀过程应满足方程：P1V1 P0V 2（3）在关闭活塞 C2 之后，贮气瓶内气体温度将升高，当升到温度 0 时，原状态为 I（P1，0，V1）体系改变为状态 III （P2，0，V2），应满足：P1V1 P0V2（ 4）由（ 3）式和（ 4）式可得到：5)r (log P0 log P1) /(log P2 log P1)利用( 5)式可以通过测量 P0、P1和 P2值，求得空气的比热容比 r值主要装置如下：图 1 用绝热膨胀法测定空气的比热容的实验装置另外一种是应用气体定压比热容的定义cp ( Th)pT在

7、没有对外界作功的气体定压流动过程中，dh dMQp , 此时气体的定压比热容可表示1Q cp( ) pp M T p 当气体在此定压过程中由温度 t 1被加热至 容可由下式确定t 2 时，气体在此温度范围内的平均定压比热t2cpm t1QpM(t2 t1)(kJ/kg )采用比热仪测定空气比热容的实验装置如图 2 所示：图2 采用比热仪测定空气比热容的实验装置评价： 第一种方法虽然简单，但是测量误差较大不精确。第二种方法测量准确，但是只能测某段温度区间范围内的比热容。研究意义 ： 当代学生科技创新的能力对于社会的发展与进步相当关键，通过大学期间进行一系列 的实验可以大幅度提高学生的实际操作动手

8、能力， 同时还可以加深学生对所学知识的认识， 进一步熟悉实验仪器的使用，进而提高学生的创新能力。通过本实验装置的改进，可以提高测量空气比热容的精确度，用原有测量方法只能得 到某个温度段内的平均比定压热容值，而经过改进后可以精确测量某点温度的比热容。参考文献 ：1 工程热力学（第四版）华自强 张忠进 高 青 高等教育出版社2 热工基础 赵小明 西安交通大学 国家精品课网站3 热工基础实验讲义 . 李河 . 大连理工大学 . 20084 热工实验的原理和技术 . 施明恒 . 东南大学出版社5 气体动力学的理论和应用 M.G 伊曼纽尔 . 北京 :宇航出版社 ,1992:120-130.二、项目研究

9、内容 （项目主要研究内容；拟解决的关键问题、重点和难点） 项目主要研究内容：在热能工程实验室原有的空气比定压热容测定实验装置基础上，通过对实验装置的改 进和完善，使其测量精度更高，弥补其只能测量从室温开始的某段温度区间内平均比热容 而不能精确得出空气比定压热容曲线的不足。改造空气比热容测定实验装置，在比热仪入口处增加加热装置，精确调节比热仪进口 温度。目前比热仪进口空气温度为室温，通过改变加热功率只能提高比热仪的出口温度， 这样只能得到比热仪进出口温度之间的平均空气比热容。通过改造实验台，开发出一套精确测定空气比热容曲线的实验装置。拟解决的关键问题：（1）解决原有装置只能测量从室温开始的某段温

10、度内平均比热容而不能精确测得空 气比热容曲线的不足。（2）空气温度调节装置的设计与安装。（3）加热后装置局部温度可能过高，采用适当的管材改造实验台，确保系统安全。（4）实验着装置的误差分析。重点：在流量计和比热仪之间安装一个换热装置，可以调节比热仪进口的空气温度，使得测 量的起始温度从任意温度开始，而不是原装置仅以室内空气温度为起始温度难点：开发出一套精确控制比热仪进口温度的装置。三、项目特色及创新点本装置改变了原有空气比热容测定装置的不足之处， 在比热仪出口处增加一个空气温度 调节装置，可以改变所测空气的起始温度，这样就可以精确测定空气比热容的数值。四、申请理由 （1、团队条件自身 / 团队

11、具备的知识、素质、能力、特长、兴趣； 2、前 期准备基础等）团队条件：本项目的参加人员，自身能力较强，张群力同学学习成绩优秀，多次获得校奖学 金。好奇心强，善于思考，有钻研精神，对科学研究有极大的兴趣热情及良好的意志 品质，曾获得社会奖学金等，具有较强的研究能力；同时，参加人员之间能够建立良 好的沟通，可以团结协作，完成好研究项目。我们会处理好专业基础课、专业课学习与项目研究的关系，在研究中加深对专业 基础知识和专业知识的理解，同时把所学知识运用到研究中去，做到学以致用，培养 良好的科学素质与较强科学研究的能力。希望大学生创新性实验计划项目给我们这次 探索研究的机会。前期准备基础：小组人员通过

12、认真学习 热能与动力工程基础 ，工程热力学，工程流体力学，热 能与动力工程测试技术 ，以及通过“国家级精品课程”和“吉林大学电子图书馆”了解全 国各个高校热能实验室的本实验装置，通过自己的学习我们了解也空气压缩机的工作原理 及关于喷管和气体流动的一些知识。并且对改进实验的可操作性进行了初步分析，使我们 初步具备了完成该项目的能力。五、项目实施方案 （研究思路和方法，实施计划、技术路线、人员分工等） 研究思路和方法：本装置通过改造空气比热容测定实验装置，在比热仪入口处增加加热装置，精确调节 比热仪进口温度。目前比热仪进口空气温度为室温，通过改变加热功率只能提高比热仪的 出口温度，这样只能得到比热

13、仪进出口温度之间的平均空气比热容。（1）改变比热仪入口的加热功率，调节入口空气温度；（2）测定空气流量；（3）改变比热仪加热功率，调节出口空气温度；（4）调节进、出口空气温度，使出、出口温度尽量接近，这样测定的空气比热容比较接近某个温度所对应的值。实施计划：第一，有成熟的想法来指导实验；第二，按照设计的实验方案把实验平台的设计分成若干模块，并对每一模块进行设计； 第三，组装各模块，使各模块相互协调； 第四，对整个实验装置进行检验与校准 。技术路线： （1）实验装置改造方案的研讨及设计；（2）设计比热热仪入口温度调节装置；（3）实验装置的改造与安装；（4）测定不同入口温度与出口温度下的空气比热。

14、绘制精确的空气比热容曲线：（5）编写实验指导书。人员分工：刘洋负责：总体实验的设计和测量 张群力负责：控温装置的研究与选择六、项目进度安排 （文献查阅、社会调查、方案设计、开题报告、实验研究、数据处理与 分析、研制开发、填写结题表、撰写论文和研究报告、结题答辩和成果推广等时间安排） 2012.32012.5 查阅资料，选题，填写创新实践申请表。2012.62013.7 构思规划整个实验，细化各个模块，分析各模块的功能 。2012.82012.9 将构思成熟的可行性方案写成报告，确定一个切合实际的方案。2012.102012.11 研究实验所需器材，并进行购买器材。2012.122013.4 加

15、工所需的器材，组装各模块，完成对实验平台的调试。2013.52013.6 进行实验，并绘制空气比热容曲线，编写实验指导书。2013.72013.9 写论文并准备研究报告。七、项目研究所需资源 （实验室、仪器设备、实验材料、资料等） 热能工程实验室校图书馆及国家级精品课程网站实验仪器（热能实验室现有仪器设备） ：湿度计，大气压力表，数字电压表，流量计 实验仪器（待购）：电加热仪，管道，热电偶（ 2 个）八、项目经费预算与用途 （购置实验消耗材料、低值品、资料、加工测试、打字复印、调研、市内公交、论文发表、专利申请等经费开支）预算表开支项目单价数量共计电加热仪2001200购买器材管材1202m240热电偶150150其他材料费300资料费50加工费300打字复印费200论文发表4800总计6240九、项目完成预期成果 （成果形式：研究论文、专利、设计、产品、软件、研究或调 研报告等）1. 发表论文 12 篇2. 实验指导书 1 份3. 项目研究报告 1 份十、项目诚信承诺 本项目负责人和全体成员郑重承诺： 该项目研究不抄袭他人成果， 不弄虚 作假，按项目研究进度保质保量完成各项研究任务。项目负责人签名： 年 月 日 项目组成员