工熱熱力學(xué)實驗報告1

1、工程熱力學(xué)實驗報告學(xué) 院_年級專業(yè)_學(xué)生姓名_學(xué) 號_2016年12月21日實驗一：氣體定壓比熱的測定一、實驗?zāi)康暮鸵?.了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思。2.熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法。3.掌握由基本數(shù)據(jù)計算出比熱值和求得比熱公式的方法。4.分析本實驗產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。二、實驗內(nèi)容通過測定空氣的溫度、 壓力流量，掌握計算熱量的方法， 從而求得比熱值和求得比熱公式的 方法。三、數(shù)據(jù)記錄實驗組別當(dāng)?shù)卮髿鈮海╩mHgmmHg）空氣干球溫度（C C）空氣濕球溫度（C C）出口溫度（C C）入口溫度（C C）時間（S）功率（W）畢托管液柱高度差（mmmm）15

2、016.52410312766.3416.51362.516.525203139016.525.63031四、實驗方法、步驟及測試數(shù)據(jù)處理1.接通電源及測量儀表，選擇所需的出口溫度計插入混流網(wǎng)的凹槽中。2.摘下流量計上的溫度計，開動風(fēng)機，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附 近。測出流量計出口空氣的干球溫度（to）。3.將溫度計插回流量計，調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近。逐漸提高電熱 器功率，使出口溫度升高至預(yù)計溫度?？梢愿鶕?jù)下式預(yù)先估計所需電功率：W 12 二式中：W為電熱器輸入電功率（瓦）；t為進出口溫度差（c）；T為每流過10升空氣所需的時間（秒）估算過程：W=mXCpX(T2-T1)=pX

3、VXCpX(T2-T1)=pX(10/1000TXCPXAt=1.169X(10/1000TX1.004Xt=11.7/1000XAt/T（kW）=117T（w）式中pkg/m3; CpkJ/kg4.待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘之內(nèi)無變化或有微小起伏，即可視為穩(wěn)定），讀出下列數(shù)據(jù)，每10升空氣通過流量計所需時間（T ，秒）；比熱 儀進口溫度一一即流量計的出口溫度（ti,c）和出口溫度（t2C）；當(dāng)時相 應(yīng)的大氣壓力（B，毫米汞柱）和流量計出口處的表壓（4h,毫米水柱）；電熱器的輸入功率（W，瓦）。5.根據(jù)流量計出口空氣的干球溫度和濕球溫度，從濕空氣的干濕圖查出含濕量（d,克/公斤干空氣

4、），并根據(jù)下式計算出水蒸氣的容積成分：推導(dǎo)：對于理想氣體混合物， 摩爾比等于體積比， 由分壓力定律可知，理想氣體摩爾比等于壓力比，因此體積比等于壓力比。根據(jù)含濕量定義d=mv/ma=nvMv/naMa=0.622（Vv/Va）。因此：rw=Va/v=Vv/（vv+Va）=1/（1+0.622/d）=d/0.622/（1+ d/0.622）6.根據(jù)電熱器消耗的電功率，可算出電熱器單位時間放出的熱量:1w=1J/s=1/1000kJ/s=1/4186.6kcal/s7.干空氣流量（質(zhì)量流量）為:GgPgV(1 rw)(Bh/13.6) 133.3 10/1000RgTo287(t。273.15)4

5、.6447103(1 tw)(Bh/13.6)(kg/s)o斗 Q 法曰斗(t。273.15)8.水蒸氣流量為：rwd/6221 d /622W4.1868 103(kcal/s)GPwVrw(Bh/13.6)133.3 10/1000wRwT。461.5(tg273.15)32.8889 10 tw(Bh/13.6)(t。27315)9.水蒸氣吸收的熱量：t2QwGw(0.4404 0.0001167t)dtti(kcal)10.干空氣的定壓比熱為:11.比熱隨溫度的變化關(guān)系假定在0300C之間，空氣的真實定壓比熱與溫度之間近似地有線性關(guān)系,則由t1到t2的平均比熱為:-大卡/公斤C圖2比熱

6、隨溫度的變化關(guān)系(kg/s)Gw0.4404(t2t1) 0.00005835(t；t；)C0mt1QgGg(t2tjQ QwGg(t2t1)kcal/(kgC)C0mt2t1t2t12(a bt)dtt2t1七七2匕匕2 為橫坐標(biāo),同的溫度范圍內(nèi)的平均比熱確定截距算式。因此，若以C0mt t2 2t1為縱坐標(biāo)(如圖2),則可根據(jù)不a和斜率b,從而得出比熱隨溫度變化的計五、實驗注意事項1.切勿在無氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞 比熱儀主體。2.輸入電熱器的電壓不得超過220伏。氣體出口最高溫度不得超過300Eo3.加熱和冷卻要緩慢進行， 防止溫度計和比熱儀主體因溫度驟

7、增驟降而破裂。 停止試驗時，應(yīng)切斷電熱器， 讓風(fēng)機繼續(xù)運行十五分鐘左右 （溫度較低時可適當(dāng) 縮短）o實驗二 二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及 p-v-t 關(guān)系測定、實驗?zāi)康?、了解CO2臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認識。2、增加對課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、 凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。3、掌握CO2的p-v-t關(guān)系的測定方法，學(xué)會用實驗測定實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的 方法和技巧。4、學(xué)會活塞式壓力計，恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。二、實驗內(nèi)容和要求1、 測定CO2的p-v-t關(guān)系。 在p-v坐標(biāo)系中繪出低于臨界溫度 （t=20C）、 臨界 溫度 （t=3lTC）和高于臨界溫度（t=

8、50C）的三條等溫曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)實 驗曲線及理論計算值相比較，并分析其差異原因。2、 測定CO2在低于臨界溫度（t=20C、27C）飽和溫度和飽和壓力之間的對 應(yīng)關(guān)系，并與圖四中的ts-ps曲線比較。3、觀測臨界狀態(tài)（1） 臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。（2） 氣液整體相變現(xiàn)象。（3） 測定CO2的Pc、Vc、tc等臨界參數(shù)，并將實驗所得的Vc值與理想氣體狀 態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡述其差異原因。三、實驗主要儀器設(shè)備和材料整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗臺本體及其防護罩等三大部分組成（如圖3所示）。測:屈*s圖3試驗臺系統(tǒng)圖熱電偶E圖 4 試驗臺本體1高壓容器；2玻璃杯；3壓

9、力機；4水銀；5密封填料；6填料壓蓋；7恒溫水套； 8承壓玻璃杯；9 C02空間；10溫度計。對簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)P、V、T之間有：F(P,V,T) 0 或 T f(P,V)(1)本實驗就是根據(jù)式(1)，采用定溫方法來測定C02的P V T關(guān)系，從而找出C02的p-v-t關(guān)系。實驗中，壓力臺油缸送來的壓力由壓力油傳入高壓容器和玻璃杯上半部， 迫 使水銀進入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管容器，CO2被壓縮，其壓力通過壓力 臺上的活塞桿的進、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。實驗工質(zhì)二氧化碳的壓力值，由裝在壓力臺上的壓力表讀出。溫度由插在恒 溫水套中

10、的溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來測量， 而 后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來換算得出。四、實驗方法、步驟及結(jié)構(gòu)測試1、按圖一裝好實驗設(shè)備，并開啟實驗本體上的日光燈(目的是易于觀察)二CL空間壓力油EiEIEHs-陌 j密封填料怛尼處- -山廠蓋玻璃杯水銀% 2 ;更壓容器2、恒溫器準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié)：(1)、把水注入恒溫器內(nèi)，至離蓋3050mm。檢查并接通電路，啟動水泵， 使水循環(huán)對流。(2)把溫度調(diào)節(jié)儀波段開關(guān)撥向調(diào)節(jié)， 調(diào)節(jié)溫度旋扭設(shè)置所要調(diào)定的溫度， 再將溫度調(diào)節(jié)儀波段開關(guān)撥向顯示。(3)、視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達到要調(diào)定的溫度時，恒溫器 指示燈是亮的

11、，當(dāng)指示燈時亮?xí)r滅閃動時，說明溫度已達到所需要恒溫。(4)、觀察溫度，其讀數(shù)的溫度點溫度設(shè)定的溫度一致時(或基本一致)，則可(近似)認為承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度處于設(shè)定的溫度。(5)、當(dāng)所需要改變實驗溫度時，重復(fù)(2)(4)即可。 注：當(dāng)初使水溫高于實驗設(shè)定溫度時，應(yīng)加冰進行調(diào)節(jié)。3、 加壓前的準(zhǔn)備：因為壓力臺的油缸容量比容器容量小， 需要多次從油杯里抽油， 再向主容器 管充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力臺抽油、充油的操作過程非常重要， 若操作失誤，不但加不上壓力，還會損壞試驗設(shè)備。所以，務(wù)必認真掌握，其步 驟如下：(1)關(guān)壓力表及其進入本體油路的兩個閥門， 開啟壓力臺油杯上的進油閥。(

12、2)搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時，壓力臺油缸中 抽滿了油。(3)先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進入本體油路的兩個閥門。(4)搖進活塞螺桿，使本體充油。如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。(5)再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均 已調(diào)定后，即可進行實驗。4、 作好實驗的原始記錄：(1)設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表名稱、型號、規(guī)格、量程、等。(2)常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實驗環(huán)境情況等。(3)測定承壓玻璃管內(nèi)CO2質(zhì)量不便測量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積(A) 又不易測準(zhǔn)，因而實驗中采用間接辦法來確定CO2的比容，認為CO2的比容 與其高度是一種線性關(guān)系。

13、具體方法如下：已知CO2液體在20C,9.8MPa時的比容=0.00117m3/kg (20C,9.8Mpa)。實際測定實驗臺在20C,9.8Mpa時的CO2液柱高度厶h(m)。(注意玻璃管水套上刻度的標(biāo)記方法)hA3 v 0.00117m /kg(20c,9.8Mpa)m其中：K即為玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為：hhm/AK(m3/kg)h h h0h任意溫度、壓力下水銀柱高度。h0承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。5、測定低于臨界溫度t 20C時的等溫線。(1)將恒溫器調(diào)定在t 20C，并保持恒溫。(2)壓力從4.41Mpa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱升起來后，應(yīng)足夠緩慢

14、地搖 進活塞螺桿，以保證等溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。(3)按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值，直至壓力p=9.8MPa。(4)注意加壓后CO2的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度之間的對應(yīng) 關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一 并填入表1。(5)測定t=25C、27C時其飽和溫度和飽和壓力的對應(yīng)關(guān)系。he0.001172K(kg/m )6測定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。(1)按上述方法和步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界 壓力Pc和臨界比容c，并將數(shù)據(jù)填入表1。(2)觀察臨界現(xiàn)象。a)整體相變現(xiàn)象由于在臨界點時，汽化潛熱等于零，飽和汽線和飽和液線合于一點，

15、所以這時汽液的相互轉(zhuǎn)變不是像臨界溫度以下時那樣逐漸積累，需要一定的時間，表現(xiàn)為漸變過程，而這時當(dāng)壓力稍在變化時，汽、液是以突變的形式相 互轉(zhuǎn)化。b)汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象處于臨界點的CO2具有共同參數(shù)(P,VT)，因而不能區(qū)別此時CO2是氣 態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這個氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說 它是液體，那么，這個液體又是接近氣態(tài)的液體。下面就來用實驗證明這個 結(jié)論。因為這時處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進行，使CO2壓縮或膨 脹，那么，管內(nèi)是什么也看不到的。現(xiàn)在，我們按絕熱過程來進行。首先在 壓力等于7.64Mpa附近，突然降壓CO2狀態(tài)點由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)， 管內(nèi)C

16、O2出現(xiàn)明顯的液面。這就是說，如果這時管內(nèi)的CO2是氣體的話，那 么，這種氣體離液區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們在膨脹之后，突然壓縮CO2時，這個液面又立即消失了。這就告訴我們，這時CO2液體離 氣區(qū)也是非常接近的，可以說是接近氣態(tài)的液體。既然，此時的CO2既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以能處于臨界點附近?？梢赃@樣說：臨界狀態(tài)究竟如 何，就是飽和汽、液分不清。這就是臨界點附近，飽和汽、液模糊不清的現(xiàn) 象。7、測定高于臨界溫度t 50C時的定溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1。五、實驗報告要求1、按表1的數(shù)據(jù)，在圖5的P-v坐標(biāo)系中畫出三條等溫線。2、將實驗測得的等溫線與圖5所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較

17、， 并分析它們之間的 差異及原因。3、將實驗測得的飽和溫度與壓力的對應(yīng)值與圖6給出的 ts Ps曲線相比較。表1 CO2等溫實驗原始記錄t 20Ct 31.1C（臨界）t 50CP(Mpa)hv現(xiàn)象P(Mpa)hv現(xiàn)象P(Mpa)hv現(xiàn)象3.20358氣態(tài)3.30358氣態(tài)3.60308氣態(tài)3.55308氣態(tài)4.05258氣態(tài)4.10258氣態(tài)4.70208氣態(tài)4.70208氣態(tài)5.55158氣態(tài)5.50158氣態(tài)6.50108固液 共存6.50108固液 共存進行等溫線實驗所需時間分鐘分鐘分鐘10mi n10mi n10mi n圖5標(biāo)準(zhǔn)曲線i1|-1 -1/1A / -1i1i11乂、X,x

18、、卜1XX、TT1汽液幷U、KX:遙、 二11心廠卜、1、jII農(nóng)、7 A11T1.I17J：-*-/.H44宀口2.9400,C01O.OC斗2,uD63.CC3C.210CiQ：Q圖 6ts Ps曲線4、將實驗測定的臨界比容c與理論計算值一并填入表2,并分析它們之間的差異及其原因。表2臨界比容Vcm3/Kg標(biāo)準(zhǔn)值實驗值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.002160.002470.007010.00263L.:L.:才7.7.7 7生橙77/實驗三：可視性飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系一、實驗?zāi)康?、通過觀察飽和蒸汽壓力和溫度變化的關(guān)系，加深對飽和狀態(tài)的理解，從 而樹立溫度達到對應(yīng)于液面壓

19、力的飽和溫度時，沸騰便會發(fā)生的基本概念。2、通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽P-t關(guān)系圖表的編制方法。3、觀察小容積的泡態(tài)沸騰現(xiàn)象。二、實驗內(nèi)容和要求1、通過觀察飽和蒸汽壓力和溫度變化的關(guān)系，加深對飽和狀態(tài)的理解，從 而樹立溫度達到對應(yīng)于液面壓力的飽和溫度時，沸騰便會發(fā)生的基本概念。2、通過對實驗數(shù)據(jù)的整理，掌握飽和蒸汽P-t關(guān)系圖表的編制方法。3、觀察小容積的泡態(tài)沸騰現(xiàn)象。一、 實驗主要儀器設(shè)備和材料本實驗使用可視性飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗儀（m型）。實驗裝置主要 由加熱密封容器（產(chǎn)生飽和蒸汽）、電接點壓力表（0.101.5Mpa）、調(diào)壓器（0220V）、電壓表（圖中未示出）、水銀溫度計

20、（0220C）、測溫度（管底注入少量機油，用來傳遞和均解剖學(xué)溫度）和透明玻璃窗等組成（參見圖） ，采用電接點壓力表的目的，在于使用于能限制壓力的意外升高，起到安全保護作用圖 6 實驗裝置圖二、實驗方法、步驟及結(jié)構(gòu)測試1、熟悉實驗裝置的工作原理、性能和使用方法。2、將調(diào)壓器指針置于零位，然后接通電源。3、 將電接點壓力表的上限壓力指針拔到稍高于最高試驗壓力（例如：0.8Mpa） 的位置。4、將調(diào)壓器輸出電壓調(diào)至200220V,待蒸汽壓力升至接近于第一個設(shè)定壓 力值時，將電壓降至2050V左右（參考值）。由于熱慣性，壓力將會繼續(xù)上升， 待壓力達到設(shè)定值時，再適當(dāng)調(diào)整電壓（提高或降低），使工況穩(wěn)定（壓力和溫 度基本保持不變）。此時，立即記錄下蒸汽的壓力和溫度。重復(fù)上述實驗，在00.8Mpa（表壓）范圍內(nèi)，取不少于6個壓力值，順序分別進行測試。實驗點 應(yīng)盡可能分布均勻。5、實驗完畢后，將調(diào)壓器指針旋回零位，并斷開電源。&記錄實驗環(huán)境的溫度和大氣壓力。注:1）本設(shè)備也可采用逐點自控制壓力的方法進行測試，在控制的壓力值下，沒定相對應(yīng)的飽和溫度。但利用電接點控制，接點時接時離，溫度不易穩(wěn)定，且有損設(shè)備的使用壽命，所以不推薦使用。2