工程热力学实验指导书全解

试验一空气定压比热容测定一、试验目的增加热物性试验争论方面的感性生疏，本原理和构思。

促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基学习本试验中所涉及的各种参数的测量方法，热容把握由试验数据计算出比热容数值和比关系式的方法。学会试验中所用各种仪表的正确使用方法。二、试验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为chcp=(订)卩

(1)dh二瞠，此时气体的定压比热容可表示在没有对外界作功的气体定压流淌过程中, Mc 1(¥p (2)2p2当气体在此定压过程中由温度容可由下式确定t

M 11

被加热至Q

t 时，气体在此温度范围内的平均定压比热C 2pmt

pM(t_t)

(kJ/kgC)l 2 1式中，M—气体的质量流量， kg/s;Q—气体在定压流淌过程中吸取的热量，大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度收热量，这局部热量要依据湿空气的相对湿度来确定。

kJ/s。1 t被加热至t时，其中的水蒸汽也要吸1 热给湿空气的热量中扣除这局部热量，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，例如空气比热容的试验关系式为pC=1.02319-1.7601910，T4.0240210 2-4.8726810“T3(kJ/kgK)p式中T为确定温度，单位为K。该式可用于250 600K范围的空气，平均偏差为大偏差为0.28%。

0.03%,最cpcpABt

空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的， 即1 由t 加热到t 1 A+Bt亠 A丄cb+t

A丄 上、Ct2 /2 ?Cpm鮎=[

t1t^t

—dt=AB—---ABt12 m1

(5)这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度 tm=(t1+t2)/2时的定压比热容。n个不同的平均温度tmiCpmi理，确定C t t■—tmipmi•_mi■—Cpmi•_mi22〔二垢〕~t

(6)C—tmi._ pmi-

mit Cmipmimi (二t )~二mi 从而便可得到比热容的试验关系式。三、试验设备1试验装置图整个试验装置由风机、流量计、测试比热容仪器本体、电功率调整系统及测量系统共四局部组成，1所示。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。气体流量由节流阀掌握，气体出口温度由输入电加热器的电压调整。该比热容仪可测量300C以下气体的定压比热容。』.出口凰度计T-』.出口凰度计T-混流网S.旋流片”&绝缘片i:uL*L:::nr;□!乞均涼网悴 口二电热器::.Z2.多层杜瓦瓶谡口温度计四、试验步骤

图2 比热容仪本体图温度计插入混流网的凹槽中。

经指导教师认可后接通电源， 将选择所需的出口留神取下流量计上的温度计。开动风机，调整流阀，使流量保持在预定值四周，测出流量计出口处a 的干球温度t 和湿球温度t a 3将温度计放回原位。调整流量，使它保持在预定值四周。调整电压，开头加热〔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为加热功率，W△t为比热容仪本体进出口温度差，C；要的时间，s;K〕。10分钟内无变化或有微小变化，

Q=K12△t/T进展估算,T10升空气所需可采集试验数据。需采集的数据有：每10升气体通过流量计时所需的时间 T(S)；i 2比热容仪进口温度t(C)与出口温度t i 22当时大气压力B(mmH)和流量计出口处的表压力△h(mmO);2电加热器的电压U(V1(A);转变电压，使出口温度转变并到达的预定值，重复步骤几次试验。将上述试验数据填入所列的原始数据表中。五、计算公式

。在允许的时间内可多做a 依据流量计出口处空气的干球温度 t 和湿球温度t a w的相对湿度0,再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量rw

d(g水蒸汽/kg干空气)，计算d/62251+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。如电压表和电流表承受图1所示的接法，则应扣除电流表的内耗。设电流表的内阻为得电加热器单位时间放出的热量Q=(UI-0.001RnAI2)10”kJ/s干空气流量为

RMQ)，则可PgVRTRga(1—rw)(B+也h/13.6)汇133.32汉0.01/Ek/s 287(ta273.15)水蒸汽流量为

P(ta+273.15)

4/13.6)wPVwRTwarw(B ：h/13.6)133.320.01/= 461.5(ta273.15)

kg/s2.88910”rw(B ：h/13.6)水蒸汽吸热量为

P(ta+273.15)t2QwMw(1.84411

0.0004886t)dt

kJ/s=Mw1.844(t27)干空气吸热量为

0.0002443(t；

-t；”Qg=Q_Qw计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：t0=8C;tw=7.5C;B=748.0 毫米汞柱t1=8Ct2=240.3C； T=69.96秒/10升;△h=16毫米水柱；W=41.84瓦查焓湿图得d=6.3克/公斤干空气〔相对湿度 ：=94%〕16.3/62216.3/6226.3/622-0.0100274.1868103

-9.993810’

千卡/秒4.6447“0‘(1-0.010027)(748+16/13.6)_仃G

如05140g 69.96(8+273.15)

公斤/秒G2.8889空0.010027(74816/13.6)Gw 69.96(8+27315)

1.103310」

公斤/秒Q-1.1033100.4404(240.3-8)0.00005835(240.3-82)=0.116610’千Qw2C t 二2

9 9938

1166佶；。

仗二0.24280mt1

千卡/(公斤C)六、比热随温度的变化关系0—300Ct2的平均比热为：

t1到t: t1

(abt)dt_+t1因此，假设以 r 为横坐标， 为纵坐标〔如图三〕，则可依据不同的温度范围内的平均比热确定截距-2

a和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式。七、试验报告要求简述试验原理，简介试验装置和测量系统并画出简图。试验原始数据记录表，计算过程及计算结果。3•将试验结果表示在cpm—tm的坐标图上，用〔6〕和〔7〕式确定AB,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〕。4.对试验结果进展分析和争论。八、留意事项切勿在无气流通过的状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展，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或骤降而损坏。停顿试验时，应先切断电加热器，让风机连续工作十五分钟左右。九、思考题如何在试验方法上考虑消退电加热器热损失的影响？用你的试验结果说明加热器的热损失对试验结果的影响怎样？在本装置中，如把湿式流量计连接位置改在比热容仪器的出口处，是否合理？试验二p—v—T关系测定及临界状态观看一、试验目的1C02临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性生疏。2、增加对课堂所讲的工质热力状态、分散、汽化、饱和状态等根本概念的理解。3、把握C02的p-v-t4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。二、试验内容1C02p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度(t=20C)、临界温度(t=31.1C)和高于临界温度(t=50C)的三条等温曲线，并与标准试验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异缘由。2C02在低于临界温度(t=20C、27C)饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts-ps曲线比较。3(1)临界状态四周气液两相模糊的现象。气液整体相变现象。C02的pc、vc、tc等临界参数，并将试验所得的vc值与抱负气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异缘由。三、试验设备及原理整个试验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大局部组成(如图一所示)。图一试验台系统图口□空间口□空间图二试验台本体试验台本体如图二所示。其中1—咼压容器；2—玻璃杯；3—压高丘容貉力机；4—水银；5—水套；8—承压玻璃杯；9—C02空间；10—温度计。、对简洁可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数 p、v、t之间有：F(p,v,t)=O或t=f(p,v) (1)本试验就是依据式(1)，承受定温方法来测定C02p-v-t关系，从而找出C02的p-v-t关系。C02气体的承压玻璃管容器， C02被压缩，其压力通过压力台上的活塞杆的进、退来调整。温度由恒温器供给的水套里的水温来调整。试验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再依据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。四、试验步骤1、按图一装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯(目的是易于观看) 。2、恒温器预备及温度调整：、把水注入恒温器内，至离盖30 50mm检查并接通电路，启动水泵，使水循环对流。、把温度调整仪波段开关拨向调整，调整温度旋扭设置所要调定的温度，再将温度调整仪波段开关拨向显示。、视水温状况，开、关加热器，当水温未到达要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已到达所需要恒温。定的温度全都时玻璃管内的C02的温度处于设定的温度。(5)

、观看温度，其读数的温度点温度设2)(4)即可。注：当时使水温高于试验设定温度时，应加冰进展调整。3、加压前的预备：由于压力台的油缸容量比容器容量小，需要屡次从油杯里抽油，再向主容器管充油，才能在压力表显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程格外重要，假设操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真把握，其步骤如下：关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台油杯上的进油阀。摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。假设均已调定后，即可进展试验。4、作好试验的原始记录：设备数据记录：仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。常规数据记录：室温、大气压、试验环境状况等。测定承压玻璃管内C02质量不便测量，而玻璃管内径或截面积( A)又不易测准,因而试验中承受间接方法来确定 C02的比容，认为C02的比容与其高度是一种线性关系。具体方法如下：a) C02液体在20C,9.8MPa时的比容”(20C,9.8Mpa)=0.00117M3 kg。实际测定试验台在20C,9.8MpaC02液柱高度△h0(n)(留意玻璃管水套上刻度的标记方法c)” (20C,9.8Mpa)=mm”一 _

0.00117m3/kgA~0.00117

=K(kg/m2)其中：K——即为玻璃管内CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比容为：AhAhv= =—m/AK式中，△h=h-h0

(m3/kg)h――任意温度、压力下水银柱高度。h0 ――承压玻璃管内径顶端刻度。5、测定低于临界温度t=20C时的等温线。将恒温器调定在t=20C,并保持恒温。(2)内水银柱升起来后，保证等温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。

4.41Mpa开头，当玻璃管依据适当的压力间隔取 h值，直至压力p=9.8MPa。CO2的变化，特别是留意饱和压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。要将测得的试验数据及观看到的现象一并填入表 测定t=25C、27C时其饱和温度和饱和压力的对应关系。6、测定临界参数，并观看临界现象。(1)方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力

按上述pc和临界比容c1。(2)观看临界现象。a)整体相变现象由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样渐渐积存，需要肯定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。b〕汽、液两相模糊不清的现象处于临界点的C02具有共同参数〔p,v,t〕，因而不能区分此时C02是气态还是液态。假设说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；假设说它是液体，那么，这个液体又是接近气态的液体。下面就来用试验证明这个结论。由于这时处于临界温度下，如果按等温线过程进