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1、目录1.热工根底实验指导书22.热工根底实验报告26 热工根底实验指导书Thermodynamics and Heat transfer Basic Experiment Instructor 工程热力学实验实验一 气体定压比热容测定实验一、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根本原理和构思。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、实验原理由工程热力学所知，气体定压比热容的定义式为：1在没有对外界作功的气体定压流动过程中，此时气体的定压比热容可表
2、示为：2当气体在此定压过程中由温度t1被加热至t2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定：kJ/kg3式中：M气体的质量流量，kg/s；Qp气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s。大气是含有水蒸汽的湿空气，当湿空气由温度t1被加热至t2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这局部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局部热量，剩余的才是干空气的吸热量。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线性的，即可近似的表示为：Cp=A+Bt4由t1加热到t2的平均定压比热容那么为：5这说明，此时气体的平均比热容等于平均温
3、度tm=(t1+t2)/2时的定压比热容，因此，可以对某一气体在n个不同的平均温度tmi下测出其定压比热容Cpmi，然后根据最小二乘法原理。确定A、B：67从而便可得到比热容的实验关系式。三、实验设备1、空气或其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。2、该比热容仪可测量300以下气体的定压比热容四、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
4、的干球温度ta和湿球温度tw。3、将温度计入回原位，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Q=12t/进行估算，式中Q为加热功率，W；t为比热容仪本体进出口温度差，；为每流过10升空气所需要的时间，S。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S；2比热容仪进口温度t1与出口温度t2；3当时大气压力BmmHg和流量计出口处的表压力hmmH2O；4电加热器的电压UV和电流IA。5、改变电压，使出口温度改变并到达新的预定值，重
5、复步骤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、根据流量计出口处空气的干球温度ta和湿球温度tw，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度，再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量dg水蒸汽/kg干空气，计算出水蒸汽的容积成分rw2、电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算。3、干空气流量为：4、水蒸汽流量为：5、水蒸汽吸热量为：6、干空气吸热量为：六、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、报告中要有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Cpmtm的坐标图上，用6和7式确定A、B，确定平均定压比热容与平
6、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。七、考前须知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聚升或聚降而损坏。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。实验二 空气绝热指数的测定一、实验目的1、学习测量空气绝热指数的方法。2、通过实验，培养运用热力学根本理论处理实际问题的能力。3、通过实验，进一步加深对刚性容器充气、放气现象的认识。二、实验原理在热力学中，气体的定压比热容C
7、p和定容比热压Cv，之比被定义为该气体的绝热指数，并以k表示，即k=Cp/Cv。本实验利用定量气体在绝热膨胀过程和定容加热过程中的变化规律来测定空气绝热指数k。该实验过程的P-v图，如图1所示。图中AB为绝热膨胀过程，BC为定容加热过程。因为AB为绝热过程，所以: ACB 1BC为定容过程，所以VB=VC。假设状态A与C所处的温度相同，对于状态A、C可得：PAVA=PCVC2将2式两边k次方得：PAVAk=PCVCk 3比拟1、3两式，可得：将上式两边取对数，可得：4因此，只要测出A、B、C三个状态下的压力PA、PB、PC，且将其代入4式，即可求得空气的绝热指数k。三、实验设备本实验的实验设备
8、如图2所示。实验时，通过充气阀对刚性容器进行充气，至状态A，由U形管差压测得状态A的表压hA(mmH2O)，如图3状态A，我们选取容器内一分气体作为研究对象，其体积为VA，压力为PA，温度为TA，假设通过排气阀放气，使其压力与大气压被力相平衡，恰好此时的气体膨胀至整个容器体积为VB，立即关闭排气阀，膨胀过程结束。因为PB=Pa大气压力，由于此过程进行得十分迅速，可忽略过程的热交换，因此可认为此过程为定量气体的绝热膨胀过程，即由状态APA、VA、TA绝热膨胀至状态BPB、VB、TB，处于状态B的气体，由于其温度低于环境温度，那么刚性容器内的气体通过容器壁与环境交换热量，当容器内的气体温度与环境温
9、度相等时，系统处于新的平衡状态CPC、VC、TC。假设无视刚性容器的体积变化，此过程可认为是定容加热过程，此时容器内气体的压力可由U形差压计测得hc(mmH2O)。至此，被选为研究对象的气体，从A经过绝热膨胀过程至B，又经过定容加热过程至C，且状态A、C所处的温度同为环境温度，实现了图1中所示的过程。研究对象定容加热绝热膨胀P V TP V TP V T状态C状态B状态A四、实验步骤1、实验前，认真阅读实验指导书，了解实验原理。2、进入实验室后，参考实验指导书，对照实物熟悉实验设备。3、实验中，由于对装置的气密性要求较高，因此实验开始时，首先应检查装置的气密性。方法是：通过充气阀对刚性容器充气
10、至状态A，使hA=200(mmH2O)左右，过几分钟后观察水柱的变化，假设不变化，说明气密性满足要求，假设有变化，那么说明漏气。此步骤一定要认真，否那么将给实验结果带来较大的误差，同时读出hA的值。4、右手转动排气阀，在气流流出的声音“拍消失的同时关上排气阀此时，恰到好处，实验操作者在实验正式开始前要多练习几次。5、等U型管差压计的读数稳定后，读出hc大约需5分钟左右的时间。6、重复上述步骤，多做几遍，将实验中采集的数据填在实验数据表格中，并求k值。五、计算公式如果将前述的4式直接用于实验计算的话，那是比拟麻烦的。因此，针对我们的实验条件，现将4式进行适当的简化。设U型管差压计的封液水的重度为
11、r=9.81103N/m3，实验时大气压力那么为Pa103mmH2O。因此，状态A的压力可表示为PA=Pa+hA，状态B的压力可表示为PB=pa，状态C的压力可表示为pc=pa+hc。将其代入4式得：5实验中由于刚性容器的限制，一般取hA200(mmH2O)，且hchA，因此有hc+papa，hA/Pa?1,(hA-hc)/(pa+hA)?1。所以，按照近似的方法，5式可简化为：6这即为利用本实验装置测定空气绝热指数k的简化近似计算公式。实验一 粉末或散装绝热材料导热系数测定实验一、实验目的1、学习圆球法测定粉末或散装材料导热系数的实验方法；2、测定试验材料(膨胀珍珠岩或空心微珠的粉末)在试验
12、温度下的导热系数；3、熟悉热电偶测温、直流电位差计测热电势的原理和方法。二、实验原理实验时将粉末或散装试验材料均匀地填满在圆球导热仪的大球和小球之间。小球内芯装有电加热器，电加热器放出的热量传给小球，然后通过试验材料传向大球，再由大球传给空气。实验中可保证大、小球壁的温度均匀一致，因此在经过一段时间加热后，自小球向大球的传热可视为球坐标系三个坐标方向为：半径r方向，球的经度方向及球的纬度方向中的沿半径方向的一维稳态导热。导热量可由傅立叶定律算出： (11)移项后为从小球到大球积分小球半径为r1，直径为d1，壁温为tw1；大球半径为r2，直径为d2，壁温为tw2有 12式中：d1、d2单位为mt
13、w1、tw2单位为Q的单位为w的单位为w/m.由上式得 13实验中测出电加热器的功率或测出电加热器的电压V伏特和电流1安培就可得到传热量Q；大、小球的壁面温度tw1、tw2可由埋在大、小球壁面上的各三对铜-康铜热电偶测出；大球直径d2=16010-3m，小球直径d1=8010-3m。测出这些数据后就可根据13式算出导热系数值。把d1、d2数值代入13式整理后可得的简单算式： 14三、实验装置实验装置由圆球导热仪、试验材料、电加热器、热电偶及冰瓶、多点切换开关、电位差计、功率表或电压表与电流表、交流稳压电源、自偶变压器、整流器等组成。圆球导热仪由大、小两个空心的球壁组成，小球同心地装在大球内，试验材料填满在大小球壁之间。大球内壁和小球外壁上埋设的三对热电偶的冷端接冰瓶，热端和多点切换开关相连接，以便通过电位差计测出六个热电势大球壁三个、小球壁三个，然后查热电偶分度表得到大、小球壁面的平均温度。小球壁内的电加热器由交流稳压电源、自偶变压器、整流器供电，功率由电压表与电流表测出或由功率直接读出。电加热器的输入功率大小可由自偶变压器调节，以改变大、小球壁的温度。
