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1、实验二 气体定压比热容的测定一、实验目的1 掌握气体比热容测定装置的基本原理，了解辐射屏蔽绝热方法的基本思路；2 进一步熟悉温度、压力和流量的测量方法；3 测定空气的定压比热容，并与文献中提供的数据进行比较。二、实验原理5 q按定压比热容的定义，c = -7-p d T5q =c - dTppQ = mc - dTppT1QQ气体定压比热容的积分平均值：c = p = p(1)pm m(T T) mAT21式中,Qp是气体在定压流动过程中由温度T1被加热到T2时所吸收的热量(W),m是气体的质量流量(kg/s), T 是气体定压流动受热的温升(K)。这样，如果我们能准确的测出气体的定压温升AT
2、,质量流量m和加热量 Q,就可以求得气体的定压比热容cpm。在温度变化范围不太大的条件下，气体的定压比热容可以表示为温度的线性函数，即cp=a+bT不难证明，温度T1至T2之间的平均比热容，在数值上等于平均温度Tm=( T1+T2)/2下气体的真实比热容， 即cpm=cp(T1+T2)/2=a+bTm(2)据此，改变T1或T2,就可以测出不同平均温度下的比热容，从而求得比热容与温度的关系。三、实验设备实验所用的设备和仪器主要有风机、流量计、比热仪主体、调压变压器、温度计等。实验时，被测气体 由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。在此过程中，分别测定：在流量计出 口处的干
3、、湿球温度T0和Tw，气体流经比热仪主体的进出口温度T1和T2；气体的体积流量V；电加热功率 P以及实验时的大气压pb和流量计出口处的表压peo气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。本比热仪可测300C以下气体 的定压比热容。前已指出，提高测量精度的关键是提高Qp、AT和m的测量精度，设电加热器的功率为P,贝9，P=Qg+Qz(3)其中，Qg是气体所吸收的热量，Qz是损失到环境中的热量。由于杜瓦瓶实际上是一个高度真空的多层瓶，且 每一层的内壁上都镀有高反射率的水银。这样，按着传热学理论，通过杜瓦瓶的散热损失将很小，因此在(3) 式中的Qz实际上很小，完全可以忽略不计。
4、这样，P=Qgo如果通入比热仪本体的是纯气体，则Qp=Qg=Po然而，如果通入的是湿空气，而我们要测定的是干空气的定压比热容，则,Q=Qg-Qw=P-Qw其中Q是湿空气中水蒸气所吸收的热量，它可用下式计算WQ =m c At kWpwc =1.844x（1+2.65x10-4 t ）（5）pwm：=（时2）/2式中，m是湿空气中水蒸气的质量流量（kg/s），c是水蒸气的定压比热容（kJ/kgC）。 pw纶以申 旳41呵 11加热我图2-2 比热仪主休示意图四、实验方法及数据处理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）Qg和气流温度等数据。具体测定方
5、法和实验步骤如下：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。测出流量计出口空气的干球温度T0，湿球温度T ；0w3）将温度计插回流量计，调节流量，使之保持在额定值附近。接通电加热器电源，逐渐提高电加热器功率,使出口温度升至预定值（可根据P=12AT/t来估算所需功率，其中AT为气流进出口温差（C）, t为每流过10升（0.01立方米）空气所需的时间，（秒）4）待出口温度稳定侯（出口温度在15分钟内无明显变化）读出下列数据：T：每流过10升空气所需要的时间，s；T1：比热仪进口温度亦即流量计的出口温度，
6、K；pb: 当地大气压，mmHg；pe：流量计出口表压，mmH2O；P：电加热器输入功率，Wo5）完成上述步骤后，改变加热器功率，重复步骤1） 4），测得另一组数据，直到完成测量任务（至少测四组，以出口温度T2分别为40C, 60C，80C，100C，或100C, 120C，140C，160C）。然后切断电源,使仪器恢复原样。有了上述数据后，即可用公式（6）、（10）和（11）求出相应的比热容，现把有关参数的计算说明如下:1）湿空气中水蒸气容积成分r的计算。由于湿球温度T0和T从湿空气的焓一湿图上（h-d图）查出湿 w0w空气的含湿量d（g/kg），用下式即可算得rw：dr =w 622 +
7、d（6）2）水蒸气质量流量m的计算，按理想气体状态方程和分压定律，水蒸气质量流量m可以表示为 WW_p （V/T ）wR Tw0其中V是t时间段为空气所流过的容积，在这儿我们取定为V=0.01立方米，kg/s7)Rw是水蒸气的气体常数,w105R =461.5J/（kgK）； T0是干球温度，K；而p是水蒸气的分压力，它可用下式计算 w0wp = r (P + Ah/13.595) x= 133.322r (P + 0.0735565Ah) Paw w b750.062w b3）干空气质量流量m的计算方法仿前_P （V/T ） m kg/sRT0其中R是空气的气体常数，Rg=287J/ （kg
8、K）,而p是干空气的分压力,(10)p 二 133.322(1 r )(P + 0.0735565Ah)Pawb五、注意事项1切勿在空气流通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪；2.电加热器输入电压不得超过220V,气体出口温度不得超过300；3加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时要先启动风机，再缓慢 提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行10至20分钟。六、实验报告1简述实验原理和仪器构成原理；2列表给出所有原始数据记录；3列表给出实验结果（数据处理，要附有例证）；4.绘出Cpmtm，图线，用最小二乘法给出经验关
9、系式，给出平均偏差和最大偏差，并与下述经验方程比较C 1.023191.76019x10-4T + 4.02402x10-3 （侖）2 4.87268x10-4（-）3 kJ/（kg K）其中T为空气的绝对温度，Ko5分析造成实验误差的各种原因，提出改进方案；6.你在实验中遇到的主要困难是什么？试提出改进方法。你对该实验的总评价如何？七、思考题1在本实验中，如何实现绝热？2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？3.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？1.数据记录表
