試驗(yàn)一空氣定壓比熱容測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)一空氣定壓比熱容測(cè)定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.增強(qiáng)熱物性實(shí)驗(yàn)研究方面的感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)理論聯(lián)系實(shí)際，了解氣體比熱容測(cè)定的基本原理和構(gòu)思。.學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)中所涉及的各種參數(shù)的測(cè)量方法, 熱容關(guān)系式的方法。.學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)中所用各種儀表的正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由熱力學(xué)可知，氣體定壓比熱容的定義式為jhcp = () p；T掌握由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱容數(shù)值和比(1)在沒(méi)有對(duì)外界作功的氣體定壓流動(dòng)過(guò)程中,dQ ndh =-,此時(shí)氣體的定壓比熱容可表示M1c p =M當(dāng)氣體在此定壓過(guò)程中由溫度容可由下式確定FQ(一)p;:T11被加熱至(2)t 2時(shí)，氣體在此溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱t(yī)2C pmQpt1M (t2 -ti

2、)(kJ/kg C)式中，M氣體的質(zhì)量流量,kg/s;kJ/s 。t1被加熱至t2時(shí)，其中的水蒸汽也要吸如果計(jì)算干空氣的比熱容，必須從加Q一氣體在定壓流動(dòng)過(guò)程中吸收的熱量， 大氣是含有水蒸汽的濕空氣。當(dāng)濕空氣由溫度 收熱量，這部分熱量要根據(jù)濕空氣的相對(duì)濕度來(lái)確定。熱給濕空氣的熱量中扣除這部分熱量，剩余的才是干空氣的吸熱量。低壓氣體的比熱容通常用溫度的多項(xiàng)式表示，例如空氣比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式為 TOC o 1-5 h z _4_7_ 26_ 3cp =1.02319 -1.7601910 T 4.0240210 T - 4.8726810 T (kJ/kgK)式中T為絕對(duì)溫度，單位為 (該式可用于

3、 250600K范圍的空氣，平均偏差為 0.03%,最 大偏差為0.28%。在距室溫不遠(yuǎn)的溫度范圍內(nèi)，空氣的定壓比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線(xiàn)性的，即可近似的表示為cp = A +Bt(4)由t 1加熱到t2的平均定壓比熱容則為t25A+Btt1 +t2xcpm；=dt=A+B12=A+Btm(5)t1 t2 -t12這說(shuō)明，此時(shí)氣體的平均比熱容等于平均溫度t m = ( t1 + t 2 ) / 2時(shí)的定壓比熱容。因此，可以對(duì)某一氣體在n個(gè)不同的平均溫度 t m i下測(cè)出其定壓比熱容 c p m i ,然后根據(jù)最小二乘法原理，確定2(6)、, tmiCpmi tmiC pmi、口,、22t

4、mi Cpmitmi)2(Z tmi) -nJ tmi-n tmi Cpmi2-n 二 t mi從而便可得到比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖.整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、測(cè)試比熱容儀器本體、電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)共 四部分組成，如圖1所示。.比熱容儀器本體由圖 2所示。.空氣（或其它氣體）由風(fēng)機(jī)經(jīng)流量計(jì)送入比熱容儀本體，經(jīng)加熱、均流、旋流、混流、測(cè)溫后流出。氣體流量由節(jié)流閥控制，氣體出口溫度由輸入電加熱器的電壓調(diào)節(jié)。.該比熱容儀可測(cè)量 300c以下氣體的定壓比熱容。.8.出口說(shuō)僵什T.混流網(wǎng),J旋流片5.絕獴片工均流網(wǎng)進(jìn)口溫度計(jì)冷空氣圖2比熱容儀本體圖四、實(shí)驗(yàn)步驟.按圖1所示

5、接好電源線(xiàn)和測(cè)量?jī)x表。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后接通電源，將選擇所需的出口溫度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹槽中。.小心取下流量計(jì)上的溫度計(jì)。開(kāi)動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)流閥，使流量保持在預(yù)定值附近，測(cè)出 流量計(jì)出口處的干球溫度 t a和濕球溫度t w。.將溫度計(jì)放回原位。調(diào)節(jié)流量，使它保持在預(yù)定值附近。調(diào)節(jié)電壓，開(kāi)始加熱（加熱功率的大小取決于氣體流量和氣流進(jìn)出口溫度差，可依據(jù)關(guān)系式Q=K 12 At / T進(jìn)行估算,式中Q為加熱功率，W At為比熱容儀本體進(jìn)出口溫度差，C; 。為每流過(guò)10升空氣所需 要的時(shí)間,s ; K為設(shè)備修正系數(shù) ）。.待出口溫度穩(wěn)定后 (出口溫度在10分鐘內(nèi)無(wú)變化或有微小變化，即可視為穩(wěn)定)，即可采集實(shí)驗(yàn)

6、數(shù)據(jù)。需采集的數(shù)據(jù)有：(1)每10升氣體通過(guò)流量計(jì)時(shí)所需的時(shí)間T (s);(2)比熱容儀進(jìn)口溫度 t i (C)與出口溫度 t 2 (C)；(3)當(dāng)時(shí)大氣壓力 B (mmHg和流量計(jì)出口處的表壓力 Ah (mmHO);(4)電加熱器的電壓 U (V)和電流I( A );.改變電壓，使出口溫度改變并達(dá)到新的預(yù)定值，重復(fù)步驟4。在允許的時(shí)間內(nèi)可多做幾次實(shí)驗(yàn)。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入所列的原始數(shù)據(jù)表中。五、計(jì)算公式.根據(jù)流量計(jì)出口處空氣的干球溫度ta和濕球溫度t w ,在干濕球溫度計(jì)上讀出空氣的相對(duì)濕度。，再?gòu)臐窨諝獾睦訚駡D上查出濕空氣的含濕量d (g水蒸汽/ kg干空氣)，計(jì)算出水蒸汽的容積成分r wd

7、 / 622 rw 二 1 d / 622.電加熱器消耗的功率可由電壓和電流的乘積計(jì)算，但要考慮電流表的內(nèi)耗。 如電壓表和電流表采用圖1所示的接法，則應(yīng)扣除電流表的內(nèi)耗。設(shè)電流表的內(nèi)阻為Ra( ),則可得電加熱器單位時(shí)間放出的熱量Q = (U I -0.001 RmA I 2) 10 q kJ/s.干空氣流量為_(kāi) PgVRgTa(1 - rw )( B :h/13.6) 133 .320.01 / .,= kg/s287 (ta - 273 .15)4.64510 (1 w)(B - Lh/13 .6)(ta - 273 .15 ).水蒸汽流量為PwV w = RwTarw(B：h/13.6)

8、 133.320.01 / .= kg/s461.5( ta273.15)2.889 10 )(B ：h/13.6).(ta 273.15).水蒸汽吸熱量為 t 2Q w =Mw (1.8440.0004886 t)dt力kJ/s=M w 1.844 (t2 - 3)0.0002443 (t： - t；)1.干空氣吸熱量為Qp =Q -Qw.計(jì)算舉例假定某一穩(wěn)定工況的實(shí)測(cè)參數(shù)如下：t0=8 C;tw=7.5 C;B=748.0 毫米汞柱t1=8 C; t2=240.3 C;t =69.96 秒/10 升;Ah=16毫米水柱；W=41.84 瓦查烙濕圖得d=6.3克/公斤干空氣（相對(duì)濕度中=94

9、%）6.3/622 rw = = 0.01002741 .8434.18681016.3/6223= 9.993810 一千卡/秒Gg4.6447 10J(1 - 0.010027 )(74816 /13.6)6-175 .14 M10 69.96(8 273.15)公斤/秒Gw2.8889310 -0.010027 (74816 /13.6)61 .103310 一69 .96 (8273 .15)公斤/秒_6 _ _2、_3Qw= 1.1033 M100.4404 (240 .3 -8) +0.00005835 (240.3 8 ) = 0.1166 M10 千卡/秒C0mt2t1339.

10、993810 0.116610=0.2428175 .14 10 上(240 .3 -8)千卡/ （公斤 C）六、比熱隨溫度的變化關(guān)系假定在0300C之間，空氣的真實(shí)定壓比熱與溫度之間近似地有線(xiàn)性關(guān)系，則由 t2的平均比熱為：t1到C 0mt:t1t 2(a ，bt ) dt.t因此，若以為橫坐標(biāo),為縱坐標(biāo)（如圖三），則可根據(jù)不同的溫度范圍內(nèi)的平均比熱確定截距a和斜率b,從而得出比熱隨溫度變化的計(jì)算式。C0mL2大卡/公斤CI I,-I-t 1 +t 2七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理，簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)并畫(huà)出簡(jiǎn)圖。.實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果。.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示在 Cpm tm的坐標(biāo)圖上，用（6）和（7）式確定A、B,確定平均定 壓比熱容與平均溫度的關(guān)系式（5）和定壓比熱容與溫度的關(guān)系式（4）。.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。八、注意事項(xiàng).切勿在無(wú)氣流通過(guò)的情況下使加熱器投入工作，以免引起局部過(guò)熱而損壞比熱容儀本體。.輸入加熱器的電壓不得超過(guò) 220伏，氣體出口最高溫度不得超過(guò)300C。.加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止比熱容儀本體和溫度計(jì)因溫度驟升或