试验一空气定压比热容测定

1、实验一空气定压比热容测定、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法, 热容关系式的方法。.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为jhcp = () p；T掌握由实验数据计算出比热容数值和比(1)在没有对外界作功的气体定压流动过程中,dQ ndh =-,此时气体的定压比热容可表示M1c p =M当气体在此定压过程中由温度容可由下式确定FQ(一)p;:T11被加热至(2)t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热t2C pmQpt1M (t2 -ti

2、)(kJ/kg C)式中，M气体的质量流量,kg/s;kJ/s 。t1被加热至t2时，其中的水蒸汽也要吸如果计算干空气的比热容，必须从加Q一气体在定压流动过程中吸收的热量， 大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度 收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为 TOC o 1-5 h z _4_7_ 26_ 3cp =1.02319 -1.7601910 T 4.0240210 T - 4.8726810 T (kJ/kgK)式中T为绝对温度，单位为 (该式可用于

3、 250600K范围的空气，平均偏差为 0.03%,最 大偏差为0.28%。在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为cp = A +Bt(4)由t 1加热到t2的平均定压比热容则为t25A+Btt1 +t2xcpm；=dt=A+B12=A+Btm(5)t1 t2 -t12这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。因此，可以对某一气体在n个不同的平均温度 t m i下测出其定压比热容 c p m i ,然后根据最小二乘法原理，确定2(6)、, tmiCpmi tmiC pmi、口,、22t

4、mi Cpmitmi)2(Z tmi) -nJ tmi-n tmi Cpmi2-n 二 t mi从而便可得到比热容的实验关系式。 三、实验设备图1实验装置图.整个实验装置由风机、流量计、测试比热容仪器本体、电功率调节系统及测量系统共 四部分组成，如图1所示。.比热容仪器本体由图 2所示。.空气（或其它气体）由风机经流量计送入比热容仪本体，经加热、均流、旋流、混流、测温后流出。气体流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的电压调节。.该比热容仪可测量 300c以下气体的定压比热容。.8.出口说僵什T.混流网,J旋流片5.绝獴片工均流网进口温度计冷空气图2比热容仪本体图四、实验步骤.按图1所示

5、接好电源线和测量仪表。经指导教师认可后接通电源，将选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。.小心取下流量计上的温度计。开动风机，调节流阀，使流量保持在预定值附近，测出 流量计出口处的干球温度 t a和湿球温度t w。.将温度计放回原位。调节流量，使它保持在预定值附近。调节电压，开始加热（加热功率的大小取决于气体流量和气流进出口温度差，可依据关系式Q=K 12 At / T进行估算,式中Q为加热功率，W At为比热容仪本体进出口温度差，C; 。为每流过10升空气所需 要的时间,s ; K为设备修正系数 ）。.待出口温度稳定后 (出口温度在10分钟内无变化或有微小变化，即可视为稳定)，即可采集实验

6、数据。需采集的数据有：(1)每10升气体通过流量计时所需的时间T (s);(2)比热容仪进口温度 t i (C)与出口温度 t 2 (C)；(3)当时大气压力 B (mmHg和流量计出口处的表压力 Ah (mmHO);(4)电加热器的电压 U (V)和电流I( A );.改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重复步骤4。在允许的时间内可多做几次实验。将上述实验数据填入所列的原始数据表中。五、计算公式.根据流量计出口处空气的干球温度ta和湿球温度t w ,在干湿球温度计上读出空气的相对湿度。，再从湿空气的烙湿图上查出湿空气的含湿量d (g水蒸汽/ kg干空气)，计算出水蒸汽的容积成分r wd

7、 / 622 rw 二 1 d / 622.电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电流表的内耗。 如电压表和电流表采用图1所示的接法，则应扣除电流表的内耗。设电流表的内阻为Ra( ),则可得电加热器单位时间放出的热量Q = (U I -0.001 RmA I 2) 10 q kJ/s.干空气流量为_ PgVRgTa(1 - rw )( B :h/13.6) 133 .320.01 / .,= kg/s287 (ta - 273 .15)4.64510 (1 w)(B - Lh/13 .6)(ta - 273 .15 ).水蒸汽流量为PwV w = RwTarw(B：h/13.6)

8、 133.320.01 / .= kg/s461.5( ta273.15)2.889 10 )(B ：h/13.6).(ta 273.15).水蒸汽吸热量为 t 2Q w =Mw (1.8440.0004886 t)dt力kJ/s=M w 1.844 (t2 - 3)0.0002443 (t： - t；)1.干空气吸热量为Qp =Q -Qw.计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：t0=8 C;tw=7.5 C;B=748.0 毫米汞柱t1=8 C; t2=240.3 C;t =69.96 秒/10 升;Ah=16毫米水柱；W=41.84 瓦查烙湿图得d=6.3克/公斤干空气（相对湿度中=94

9、%）6.3/622 rw = = 0.01002741 .8434.18681016.3/6223= 9.993810 一千卡/秒Gg4.6447 10J(1 - 0.010027 )(74816 /13.6)6-175 .14 M10 69.96(8 273.15)公斤/秒Gw2.8889310 -0.010027 (74816 /13.6)61 .103310 一69 .96 (8273 .15)公斤/秒_6 _ _2、_3Qw= 1.1033 M100.4404 (240 .3 -8) +0.00005835 (240.3 8 ) = 0.1166 M10 千卡/秒C0mt2t1339.

10、993810 0.116610=0.2428175 .14 10 上(240 .3 -8)千卡/ （公斤 C）六、比热随温度的变化关系假定在0300C之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由 t2的平均比热为：t1到C 0mt:t1t 2(a ，bt ) dt.t因此，若以为横坐标,为纵坐标（如图三），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,从而得出比热随温度变化的计算式。C0mL2大卡/公斤CI I,-I-t 1 +t 2七、实验报告要求.简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。.实验原始数据记录表，计算过程及计算结果。.将实验结果表示在 Cpm tm的坐标图上，用（6）和（7）式确定A、B,确定平均定 压比热容与平均温度的关系式（5）和定压比热容与温度的关系式（4）。.对实验结果进行分析和讨论。八、注意事项.切勿在无气流通过的情况下使加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。.输入加热器的电压不得超过 220伏，气体出口最高温度不得超过300C。.加热和冷却要缓慢进行，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或