气体定压比热容的测定测定气体定压比热容的基本测量项目,是测量巳知流量的气体的吸热量（或放热量）和温度变化值基本方法可以分为两类一类称为混合法,即预先将气体加热,让它流过量热器时受冷却（达到与量热器热平衡）,由量热器测定气体的放热量另一类称为定流法,即让气体流过量热器时被加热,由量热器测定气体的吸热量,因此,除了要准确测定气体在量热器人口和出口的温度之外,还必须仔细消除量热器热损失的影响或确定它的修正值,才能准确地测定气体的吸热量或放热量.本实验采用定流法测定空气的平均定压比热容一、实验原理气体的定压比热容定义为 (2-1)在没有对外界作功的气体的等压流动过程中,,则气体的定压比热容可以表示为 (2-2)当气体在此等压过程中由温度t1加热至温度t2时,气体在此温度范围内的平均定压比热容值可以由下式确定： kJ/(kg·℃) (2-3)式中,m —— 气体的质量流量kg/s；QP —— 气体在等压流动过程中的吸热量,kJ/s低压气体的定压比热容通常用温度的多项式表示,例如下面空气的定压比热容的实验关系式：cP ×10-4T+4.02402×l0-7T2-4.87268×lO-10T3 kJ/（kg·K）式中T为绝对温度,K。
该式用于250～600 K,平均偏差为0.03%,最大偏差为0.28%在离开室温不很远的温度范圈内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的,即可近似表示为 （2-4）由t1加热到t2的平均定压比热容则表示为 （2-5）大气是含有水蒸气的湿空气,当湿空气气流由温度t1加热到t2时,其中水蒸气的吸热量可用下式计算： kJ/s （2-6）式中,mw为气流中的水蒸气质量，kg/s于是,于空气的平均定压比热容由下式确定： （2-7）式中Q‘p为湿空气气流的吸热量仪器中加热气流的热量（例如用电加热器加热）,不可避免地因热辐射而有一部分散失于环境这项散热量的大小决定于仪器的温度状况只要加热器的温度状况相同,散热量也相同因此,在保持气流加热前的温度仍为t1和加热后温度仍为t2的条件下,当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时,每次的散热量当是一样的于是,可在测定结果中消除这项散热量的影响设两次测定时的气体质量流量分别为m1和m2，加热器的加热量分别为Q1和Q2,辐射散热量为△Q,则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系： 两式相减消去△Q项,得到 kJ/（kg·℃） （2-8）二、实验设备图2 测定空气定压比热客的实验装置系统1- 比热容测定仪； 2一恒温槽； 3一调节阀；4一湿式流量计 5一稳压气罐；6一调节阀；7一电流表；8一电压表；9一电源稳压器；10一调压变压器实验所用的设备和仪器仪表有比热容测定仪、湿式流量计、恒温槽、稳压气罐、温度计、电源设备和测量仪表、气源设备等,实验装置系统如图2-1所示, 装置中采用湿式流量计测定气流流量。
流量计出口的恒温槽2用以控制测定仪器入口气流的温度装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气源设备,并用钟罩型气罐5维持供气压力稳定气流流量用调节阀3调整比热容测定仪(图24-2)由内壁镀银的真空杜瓦瓶1、温度计4和5(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计)、电加热器6和铜网10组成气体自进口管2引人,温度计4测量其初始温度,通过螺旋管进入双层夹套管气体先流过管壁7和8之间的夹层,再流过8和9之间的夹层而进入电加热器部位加热气体在双层夹套管中迁回,可以使电加热器散失的热量仍为气体所吸收离开电加热器的气体经铜网10均流均温,温度计5测量加热终了温度,后由管3引出 三、实验方法及数据整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mw、电加热器的加热量（即气流吸热量）Q‘p和气流温度等数据,测定方法如下：1． 干空气的质量流量m和水蒸气的质量流量mw、电加热器不投入,摘下边量计出口与恒温槽连接的橡皮管,把气流流量调节到实验流量值附近,测定流量计出口的气流温度to（由流量计上的温度计测量）和相对湿度φo根据to与φ值由湿空气的焓 - 湿图确定含湿量d [g/kg],并计算出水蒸气的容积成分rw： (2-9)于是,气流中水蒸气的分压力为 N/m2式中 B一大气压力,mmHg△h一流量计出口气流的表压力,mmHg,由湿式流量计上的压差计测量。
接上橡皮管,.开始加热当实验工况稳定后测定流量计每通过V’[m3](例如0.013)血气体所花的时间τ[s],以及其它数据水蒸气的质量流量计算如下： kg/s （2-11）式中Rw,=461.5J/（kg·K）干空气的质量流量计算如下： kg/s式中 p —— 干空气的分压力： N/m2 （2-13） R=287J/（kg·K） 2．电加热器的加热量 kJ/s式中U——电加热器的端电压，V；I——加热电流,A3.气流温度气流在加热前的温度t1和加热后的温度t2由比热容测定仪上的温度计测量实验时,根据选定的气流初始温度t1和加热温度t2的变化范围及变化间隔,t1用恒温槽调节,t2由电加热器调节实验操作应注意如下事项：1．电加热器不应在没有气流通过比热容测定仪时投入加热2.加热和冷却要缓慢,防止比热容测定仪因温度骤然变化和受热不均匀而破裂特别是停止实验时,应先停加热后停气流,并且在停止加热器加热后仍应维持小气流继续运行一段时间3.实验测定时,必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数根据式（2-8）计算得到的全部实验结果以如下形式表示出:1.列表表示平均比热容与温度的关系；2.用作图法或最小二乘法确霉式。
2-5）中的常数α和b值,用方程式表示空气的平均定压比热容与温度的关系1.用实验结果说明电加热器辐射热损失的影响,2.分析引起实验误差的因素有哪一些,3．在实验装置中,把湿式流量计连接位置改在稳压气罐之前,或恒温槽之后,或比热测定仪的排气管上,是否合理?试分析之。