实验 气体定压比热测定

77)实验气体定压比热测定、实验目的了解气体比热测定装置的基本原理和装置结构。熟悉本实验中温度、压力、热量、流量的测量方法。掌握由测量数据计算定压比热的方法。分析本实验中误差产生的原因及减小误差的可能途径二、实验原理根据定压比热的概念，气体在t°C时的定压比热表示为1）dq1）当式（1）的温度间隔dt为无限小时，）即为某一温度t时气体的真实定压比热（由于气体的定压比热随温度的升高而增大，所以在给出定压比热的数值时，必须指明是哪个温度下的定压比热）。如果已得出c=f（t）的函数关系，温度由t至t的过程中所需要的热量即p12可按下式求得：dt=Jdt=J2(a+bt+ct2h—)dt2)由t加热到t的平均定压比热容则可表示为:12由t加热到t的平均定压比热容则可表示为:123)4)5)=mwQ=mJt2(1.833h0.0003111t)dtwwt「1.833(t-1)+0.0001556(2—12句-2121」kJ/s6)上式采用逐项积分来求热量十分复杂。在本实验的温度测量范围内（不高于300C），空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性，即可表示为c二a+btp则温度由t至t的过程中所需要的热量可表示为:12q=Jf2（a+bt）dtJt2(ahbt)dtf2=十[t—t21实验中，通过实验装置是湿空气，当湿空气气流由温度加热到t时，其中水蒸气的吸12热量可用式（4）计算，其中a=1.833，b=0.0003111，则水蒸气的吸热量为:式中:m——气流中水蒸气质量，kg/s。w则干空气的平均定压比热容由下式确定:cpmtt12QQ'-Qcpmtt12P7T=P-7-^(m-m)(t-t)(m-m)(t-tw21w21式中：Q'为湿空气气流的吸热量。P实验装置中采用电加热的方法加热气流，由于存在热辐射，不可避免地有一部分热量散失于环境，其大小取决于仪器的温度状况。只要加热器的温度状况相同，散热量也相同。因此，在保持气流加热前、后的温度仍为和t的前提下，当采用不同的质量流量和加热量进12行重复测定时，每次的散热量是相同的。于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。设两次测定时的气体质量流量分别为m和m，加热器的加热量分别为Q和Q，辐射散热量1212为AQ，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系：Q=Q+Q+AQ=(m-m)c(t-1)+Q+AQplwl1w1pm21w1Q=Q+Q+AQ=(m-m)c(t-1)+Q+AQp2w22w2pm21w2两式相减消去AQ项，得到：cpm(Qcpm(Q-Q)-(Q-Q)2=(12w1)(^)(m一m一m+m)(t一t)12w1w221kJ/(kg・°C)(8)三、实验装置实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统如图1所示。装置中采用湿式流量计2测定气流流量，采用小型鼓风机7作为气源设备，气流流量用节流阀1调整，电加热量使用调压变压器5进行调节，并用功率表4测量。图1测定空气定压比热容的实验装置1-节流阀；2-流量计；3-比热仪本体；4-功率表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机比热容测定仪本体（图2）由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、温度计1和8（铂电阻温度计

或精度较高的水银温度计）、电加热器3、均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，温度计1测量空气进口初始温度,离开电加热器的气体经均流网4均流均温，温度计8测量出口温度。该比热仪可测300r以下气体的定压比热。四、实验数据处理方法实验中需要测定干空气的质量流量m、水蒸气的质量流量m、电加热器的加热量（即气流吸热量）Q'wp和气流温度等数据，测定方法如下：干空气的质量流量m和水蒸气的质量流量mw首先，在不启动电加热器的情况下，通过节流阀把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流温度t'（由流量计上的温度计测量）和相对湿0度申。根据t'与申值，由湿空气的焓湿图确定含湿量,0并计算出水蒸气的容积成分y:wd/622y=w1+d/622于是，气流中水蒸气的分压力为p=ypww式中：p——流量计中湿空气的绝对压力，Pa：p=10B+9.81Ah（11）式中：B—当地大气压，kPa；由大气压力计读取。Ah—流量计上U型管压力计读数，mm水柱；图2比热容测定仪结构原理图1图2比热容测定仪结构原理图1、8-温度计；2-多层杜瓦瓶；3-电加热器；4-均流网；5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网(9)(10)体积气体所需要的时间工以及其它数据。水蒸气的质量流量计算如下:m=摯①kg/swRTw0式中：R——水蒸气的气体常数：R=461J/（kg-K）wwT——绝对温度，Ko0干空气的质量流量计算如下：p（VIt）m=—gkg/sgRT0R——干空气的气体常数：R=287J/（kg-K）(12)(13)(14(12)(13)(14)(15)电热器加热量可由功率表读出，功率表的读数方法详见说明书。

Q'=3.6QkJ/h(16)pp式中：Q――功率表读数，W；p3.气流温度气流在加热前的温度t为大气温度，用室内温度计测量；加热后的温度t由比热容测定12仪上的温度计测量。五、实验步骤1.启动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测量流量计出口空气的干球温度t和湿球温度t。0w启动调压变压器，调节到合适的电压，使出口温度计读数升高到预计温度。(可根据下式预先估计所需电功率：Q=12环，式中：W为电功率(W),&为进出口温P差(°C),T为每流过10升空气所需的时间(S)。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起伏即可视为稳定)，读出下列数据：1)10升气体通过流量计所需时间T(s)；比热仪进口温度t1(C)和出口温度t2(C)；大气压力计读数B(kPa),流量计中气体表压Ah(mmH2O)；电热器的功率Qp(W)。根据流量计出口空气的干球温度t和湿球温度t确定空气的相对湿度申,根据申和干0w球温度从湿空气的焓湿图(工程热力学附图)中查出含湿量d(g/kg干空气)。17)1817)18)V=36/tm3/h将各量代入式(14)可得出干空气质量流量的计算式：(1-y)(1000B+9.81Ah)x(36/t)287(t+273.15287(t+273.15)0g6.水蒸气的流量：6.将各量代入式(12)可得出水蒸气质量流量的计算式m=wm=wy(1000B+9.81Ah)x(36/t)wkg/h461.5(t+273.15)019)六、计算实例某一稳定工况实测参数如下：t=8C,t=7.8C,t=8C,B=99.727kPa,t=8C,t=240.3C,t=69.96s/10L,0wf12Ah=16mmH2O柱，Q=41.842W，由t°,t查焓湿图得申=94%,d=6.3g/kg干空气计

1.2.3.4.5.七、1.2.3.八、1.2.3.4.九、1.2.算如下：水蒸气的容积成分：代入式（9）,得y=6.3/622=0.010027w1+6.3/622电加热器单位时间放出的热量：代入式（16）,得算如下：水蒸气的容积成分：代入式（9）,得y=6.3/622=0.010027w1+6.3/622电加热器单位时间放出的热量：代入式（16）,得Q'二3.6xQ=3.6x41.842=150.632kJ/hpp干空气质量流量：代入式（18），得(1-0.010027)x(1000x99.727+9.81)x16x36/69.96m=g287(8+273.15)二0.63048kg/h水蒸气质量流量：代入式（19），得m=0.010027(1000X9]727+9・81)x36/69.96二0.0039755w461.5(8+273.15)kg/h水蒸气吸收的热量为：Q=0.0039755「1.833(240.3—8)+1.556x10-4@40.32—82”二1.728kJ/hw则干空气的平均定压比热容为：cpm240.3=8150.632-1.7280.63048(240.3-8)=1.0167kJ/h实验报告简述实验原理和仪器构成原理。列表给出所有原始数据记录。列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）。思考题在本实验中，如何实现绝热？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。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？在本实验的温度测量范围内（不高于300°C）,空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性，现在需要确定空气在室温到300C的定压比热的非线性程度