工程热力学课程实验指导书

《工程热力学》课堂实验/实践指导书课程中文名称：工程热力学课程英文名称：EngineeringThermodynamics课程编号：020060050适用专业：新能源科学与工程学时数：48学分数：3课程类别：专业课程应开课学期：第三学期实验/实践一：空气PVT关系实验/实践类型：操作实验/实践学时：4实验/实践要求：5人/组一、实验/实践目的1.测定二氧化碳的P-V-T关系，观察临界现象：①临界状态附近气液两相模糊的现象。②气液整体相变现象。③测定CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。二、实验/实践内容1.测定CO2的P-V-T关系，在P-V坐标中绘出t为20℃，27℃，31.1℃，50℃四种等温曲线，与标准试验曲线及克拉贝隆方程和范德瓦尔方程的理论计算值相比较并分析差异原因。2.测定在不同压力下饱和蒸汽和饱和液体的比容（或密度）及饱和温度和饱和压力的对应关系。观察凝结和汽化过程及临界状态附近汽液两相模糊的现象。3.测定二氧化碳饱和温度和饱和压力的对应关系。三、仪器设备空气PVT关系仪四、实验/实践原理、方法、手段和步骤（一）实验原理、方法和手段（1）对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有：本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v之间关系，从而找到CO2的p-v-t关系。（2）实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管。CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。（3）实验工质CO2的压力由装在压力台上的压力表读出（如要提高精度可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出，比体积首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，而后再根据承压玻璃管内经不均匀、截面积不变等条件换算得出。（二）实验步骤1、按图1装好实验设备，并开启试验本体上的日光灯（易于观察）：2、使用恒温器调定温度3、加压前的准备4、做好实验的原始记录及注意事项（1）设备数据记录：仪器：仪表的名称、型号、规格、量程、精度。（2）常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。（3）测定承压玻璃管内C的质面比常数k值。由于充进承压玻璃管内的CO2的质量不变测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而试验中多采用间接方法来确定CO2的比体积，认为CO2的比体积v与其高度是一种线性关系。具体如下：（4）、实验中应注意以下几点：（a）、做各条定温线时，试验压力≤9.8MPa、试验温度≤50（℃）；（b）、一般取h时压力间隔可取0.196~0.490MPa，但在接近饱和状态时和临界状态时，压力间隔应取为0.49MPa。（c）、实验中取h时，水银柱液面高度的读数要注意，应使视线与水银柱半圆形液面的中间一齐。5、测定低于临界温度t=20℃时的定温线6、测定临界等温线和临界参数，临界现象观察。7、测定高于临界温度t=50℃时的等温线，要将数据填入表中。五、实验/实践结果处理1、将表1的数据仿图三绘出p-v图，画出三条等温线;2、将实验测得的等温线与图三所示的标准等温线比较、并分析之间的差异和原因；3、将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图四绘制出的曲线比较；4、将实验测定的临界比容与理论计算值一并填入表并分析之间的差异和原因。六、实验/实践注意事项1．实验采用教师课堂演示、学生上机操作的实验方式；2．上机实验前，学生应认真预习有关的实验内容；3．学生完成实验后须撰写实验报告；七、预习与思考题1．分析比较等温曲线的实验值与标准值之间的差异及其原因？2．分析比较临近比容的实验值与标准值及理论计算值之间的差异及原因？实验/实践二：空气定压比热测定实验/实践类型：操作实验/实践学时：2实验/实践要求：5人/组一、实验/实践目的1.了解气体比热测定装置的基本原理和构思。2.熟悉本实验中的测温、测压差、测热量的方法。二、实验/实践内容1.掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。2.分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。3.测定300℃以下气体的定压比热。三、仪器设备DYR131空气定压比热测定仪四、实验/实践原理、方法、手段和步骤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。测出流量计的干球温度和湿球温度；3、将温度计插回流量计，流量为额定值。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度；4、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，每10升空气通过流量计所需时间（τ,秒）；比热仪进口温度——即流量计的出口温度（t1,℃）和出口温度（t2℃）；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh，毫米水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。5.根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的焓湿图查出含湿量(d,克/公斤干空气)，并根据下式计算出水蒸气的容积成分：五、实验/实践结果处理1．简述实验原理与过程。2．各种数据的原始记录。3．实验数据整理计算空气的定压比热。六、实验/实践注意事项1、切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。2、输入电热器的功率不得超过50W。气体出口最高温度不得超过300℃。3、加热和冷却要缓慢进行，防止比热仪主体因温度骤增骤降而破裂。4、停止试验时，应调节电热器功率为最小或0W，让风机继续运行十分钟左右（使温度较低时30℃到50℃即可）。七、预习与思考题1．空气定压比热如何计算？2．不同温度下如何计算a、b值？实验/实践三：空气绝热指数测定实验/实践类型：操作实验/实践学时：2实验/实践要求：2人/组一、实验/实践目的1学习测定空气的比热容比的一种方法。了解绝热、等容的热力学过程及有关状态方程。二、实验/实践内容1观察和分析热力学系统的状态和过程特征，掌握实现等值过程的方法。2测定空气的比热容比，比定压热容，比定容热容。三、仪器设备DYR003空气绝热指数测定装置四、实验/实践原理、方法、手段和步骤空气绝热指数测定装置见图示。利用气囊往有机玻璃容器内充气，通过U型压力计测出容器内的压力P1；压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭，在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到热平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等，此时，U型压力计显示出温度相等后，容器中空气压力P31、测试前的准备（1）将阀门5的锥形塞拔出，抹上一些真空油，以改善阀门的密封性能，抹油后安装就位，并把螺帽拧紧。（2）在阀门与开启的情况下（即容器与大气相通），用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计至一定高度。水柱内不能含有气泡，如有气泡，要设法排除。（3）调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线。2、记录U型压力计初始读数h。（即容器与大气相通时，压力计中水柱高度）。3、关闭阀门口5，把螺帽拧紧。4、用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，至一定值时，待压力稳定后，记录此时的水柱高度差△h1。5、突然打开阀门5，并迅速关闭。空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器内的气压，记录此时的水柱高度差△h2。6、持续1～2小时，待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时，