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1、实验一空气定压比热容测定一、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。2 .学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。3 .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cp=A(1)PTp在没有对外界作功的气体定压流动过程中，dh=旦,此时气体的定压比热容可表示为(2)CP=春第七时，气体在此温度范围内的平均定压比热当气体在此定压过程中由温度在被加热至容可由下式确定二QPM(t2-tl)4 中，时一气体的质量流量，kg/s;翁一气体在定压流动过
2、程中吸收的热量，kjs(,大气是含有水蒸汽的湿空气。当湿空气由温度力被加热至叁时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。如果计算干空气的比热容，必须从加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CP=1.02319-1.76019104T+4.0240210-7T2-4.87268XIO-16T3(kJkgK)式中7为绝对温度，单位为K。该式可用于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
3、线性的，即可近似的表示为cp=A+Bt(4)由力加热到右的平均定压比热容则为t.ct2A+Btj.t,+17._cpllt=二_-dt=A+B-=A+Btrn(5)“I2-1Z这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度-II=(t1+r2)/2时的定压比热容。因此，可以对某一气体在个不同的平均温度入下测出其定压比热容Cpf,然后根据最小二乘法原理，确定(%)2-吃点(6)%Z%加一Z%w,j(%)2-0*从而便可得到比热容的实验关系式。三、实验设备1.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。2 .比热容仪器本体由图2所示。3 .空气（或其
4、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。4 .该比热容仪可测量300以下气体的定压比热容。图2比热容仪本体图四、实验步骤1.按图1所示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。2 .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.和湿球温度3 .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O=K12进行估算,式中0
5、为加热功率，W；亡为比热容仪本体进出口温度差，；r为每流过10升空气所需要的时间，s；K为设备修正系数）。4 .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r(三)；(2)比热容仪进口温度tl()与出口温度t2(*C)；(3)当时大气压力8(mmHg)和流量计出口处的表压力力(mmH.O)；(4)电加热器的电压(V)和电流/（八）；5 .改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重更步骤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1 .根据流量计出口处
6、空气的干球温度M和湿球温度入，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度再从湿空气的焰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八d/622l+d/6222 .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。设电流表的内阻为兄a(Q),则可得电加热器单位时间放出的热量Q=(Ui-0.001Ri,iaI2)XIOTkjs3 .干空气流量为(1一)(3+M13.6)X133.32x0.012879+273.15)二4.645XIO4一J；+M/13.6)r+273.15)4 .水蒸汽流量为_(3+1
7、3.6)xl33.32x0.01zS461.5(+273.15)2.889103,(B+13.6)r9+273.15)5 .水蒸汽吸热量为Qw=Mup(1.844+0.0004886f)Jrjfkj/s=Mll1.844(r2-r1)+0.0002443(一彳)6 .干空气吸热量为Qp=Q-Qw7 .计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：tO=8；tw=7.5；B=748.0亳米汞柱tl=8C;t2=240.3；=69.96秒/10升;h=16亳米水柱；W=41.84瓦查焰湿图得d=6.3克/公斤干空气（相对湿度9=94%）6.3/6221+6.3/622=0.010027Q=84=9.99
8、38X10-34.1868103千卡/秒H,4.6447103(1-0.010027)(748+16/13.6)69.96(8+273.15)=175.14IO-62.8889103X0.010027(748+16/13.6)69.96(8+273.15)=1.IO33x10-6公斤/秒公斤/秒Qw=1.1033XIO/o.44M(24().3-8)+().(XXX)5835(240.3-82)=().11661()3千卡/秒9.9938l()-3-ou66l3_175.14IO-6(240.3-8),千卡/(公斤.。C)六、比热随温度的变化关系假定在03O（Te之间，空气的真实定压比热与温度
9、之间近似地有线性关系，则由tl到t2的平均比热为：因此，若以22为横坐标，0。，厂为纵坐标（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。tl+t22七、实验报告要求1 .简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。2 .实验原始数据记录表，计算过程及计算结果。3 .将实验结果表示在CPlI一一心的坐标图上，用（6）和（7）式确定4、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）4 .对实验结果进行分析和讨论。八、注意事项1 .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。2 .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300。3 .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骤降而损坏。4 .停止实验时，应先切断电加热器，让风机继续工作十五分钟左右。九、思考题1 .如何在实验方法上考虑消除电加热器热损失的影响？2 .用你的实验结果说明加热器的热损失对实验结果的影响怎样？3 .测定湿空气的干、湿球温度时，为什么要在湿式流量计的出口处而不在大气中测量？4 .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？
