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1、干气体定压比热测定实验干气体定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一。实验中涉及温度、压力、热量（电功）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。一、实验目的1. 了解实验装置的基本原理和结构。2. 熟悉温度、压力、热量、流量等基本量的测量方法。3. 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。4. 分析产生误差的原因及减小误差的途径。二、实验原理本实验测定的是干空气的定压质量比热CP，而不是定压容积比热 CP。CP : P = const 时 ， 1kg 气 体 温 度 升 高 1K时 所 吸 收 的 热 量 ， kJ/(kg K) ；CP : P = cons
2、t 时 ， 1Nm 3 气 体 温度 升 高 1K 时 所 吸 收 的 热 量 ， kJ/(kg K) 。根 据 定 义 ， 对 于 1kg 工 质 ，C P = qk J / ( k g K（ 1 ）Dt对 于 mkg 工 质 ，QCP =mDt在这里我们所求的就是干空气的定压质量比热k J / ( k g K（ 2 ）C P ，“ 干 ” 用 下 标 “ g ” 表 示 ， 即CP =QgkJ/(kg K)（ 3 ）mg Dt各参数值的测定如下：（ 1）t 测 定 ： 我 们 将 一 定 流 量 的 气 体 通 入 比 热 仪 ， 在 比 热 仪 中 队 气 体 进 行 加 热 后 气 体
3、流 出 。这 样 ，气 体 进 入 比 热 仪 与 流 出 比 热 仪就 存 在 了 温 度 差t ，只 要 我 们 在 比 热 仪 进 口 设 置温 度 计 t1 和 出 口 设 置 温 度 计 t2 ， 即 可 求 出tt2 - t1 。（ 2） mg 的 测 定 ： 由于 干 空 气 的 质 量 不 好 测 定 ， 我 们 可 以 测 定 空 气 的 质 量 流 量 mg kg/s ，干空气符合理想气体定律：mgPgV（ 4 ）k g / sRgT0分 母 上 ， Rg 为 干 空 气 的 气 体 常 数 ， Rg287J/(kg K) ；T0 为 干 空 气 热 力 学 温 度， T0
4、(t0273.15) K分 子 上 ， Pg 为 空 气 中 干 空 气 的 分 压 力 ， 根 据 道 尔 顿 分 压 定 律 ，1PgP rgPa（ 5 ）空气绝对压力PB Pb ；B为大气压，可用大气压力计测出；Pb 为 U 型 管 比 压 计 测 出 的 压 力 ， U 型 管 比 压 计 中 介 质 为 水 ， 则Pb9.8 hPa（ 6 ）h 为 U 型 管 比 压 计 两 管 液 面高 度 差 ， mmH 2 O。rg 为 干 空 气 的 容 积 百 分 数 ， 我 们 把 空 气 分 成 两 个 部 分 ， 一 部 分 是 水 蒸 气 ， 刨 除 水 蒸 气 以外 就 是 干
5、空 气 ， 那 么 rg1rw ；rwd / 622（ 7 ）1d / 622d 为 含 湿 量 ，可 以 通 过 查 湿 空 气 焓 湿 图 求 得 ，只 要 在 焓 湿 图 上 确 定 入 口 空 气 的 干 球 温 度 t1和 湿 球 温 度 t w ， 即 可 求 出 d 。V 为干空气流过时所拥有的体积，显然，空气流过时，干空气、水蒸气同时占有整个空间，在空间中均匀分布，即流过时的容积既是干空气的溶剂量，又是水蒸气的容积量。我们用湿式流量计进行测定：V1010 3m3 / s（ 8 ）10 升是指流量计指针转 5圈的容积量， 为转 5圈所用的时间。（ 3） Qg 的 测 定 ：在实验
6、中，我们采用电加热方式，对空气的加热功率为 P，则Q P103k J / s（ 9 ）实验中，电加热的是空气，既有干空气，又有水蒸气，因而：QgQ Qwk J / s（ 4） Qw 水 蒸 气 吸 热 量 测 定 ：Qw mw 1.833(t2t1 )0.00015555(t22t12 )k J / s（ 5） mw 水 蒸 气 的 质量 流 量 测 定 ：mwPwVk g / sRwT0式 中 ， Rw 为 水 蒸 气 的 气 体 常 数 ， Rw471.5J/(kgK) ；Pw 为 空 气 中 水 蒸 气 的 分 压 力 ， 根 据 道 尔 顿 分 压 定 律 ，（ 10 ）（ 11）（
7、12 ）2t2 ，电t1 、湿 球 温 度tw 、出 口 温 度Pw P rw Pa（ 13）三、实验装置实验装置由风机、湿式流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成（如图 1所示）。657849101131121514213161718图 1气体定压比热测定装置图1. 风机；2.调节阀；3.湿式流量计；4.U 型管比压计；5.温度计；6.温度计；7. 比热仪本体；8.多层杜瓦瓶；9.混流网；10.旋流片；11.绝缘垫；12.均流网；13.电热器；14.电功率表；15.测温表；16.风机开关；17.加热开关；18.加热电功率调节器比热仪本体是由多层杜瓦瓶包裹，内部布置有加热线圈，在
8、出口处设置有均流网、旋流片、混流网，是为了出口温度计测定的温度为最高的平均温度；同时设置绝缘垫，是为了避免温度计直接接触电加热丝，影响温度测定。四、实验方法与步骤（ 1）接通电源，开动风机。空 气被鼓风机鼓出经流量调节阀进入湿式流量计，然后再由湿式流量计进入比热仪本体。调节流量调节阀，使得在比热仪本体出口有空气流出。（ 2）接通电加热系统，调节电功率调节器，使初始加热电功率在 20W 左右，对比热仪本 体 中 流 过 的 空 气 进 行 加 热 。等 待 出 口 温 度 计 温 度 稳 定 ，读 出 湿 式 流 量 计 转 两 圈 所 用 时 间 ，读 出 U 型 管 比 压 计 液 面 高度
9、 差 h ，读 出 空 气 入 口 干 球 温 度功 率 P， 读 出 大 气 压 力 B ， 读 出 流 量 计 出 口 干 球 温 度 t0 。（ 3）调节电功率调节器，使得电功率升高 5W 左右，等待出口温度计稳定，重复（2）中读数过程。（ 4）通过调节电功率调节器，使得每次电压升高 5W 左右，可以依次获得 46 组实验数据，记录在数据表中。（ 5）实验数据记录完后，电功率调节器归零，关闭电源，再关闭风机电源，实验结束。3五、数据记录及整理1、记录和计算：实验设备名称： 气体定压比热测定仪设备编号：大气压力 B=Pa表 1气体定压比热测定实验记录表实 验入口温度湿球温度出口温度时 间h
10、次 数t1 / tw /t2 /s/mmH 2 O123456表 2气体定压比热测定实验计算表实电 功 率干球温度P/ Wt0 /验温 差含 湿 量VPbPPgmgPwmwQwQQgt / d/ g/kg(a)rw3 /s/Pa次/ m/Pa/Pa/kg/s/Pa/kg/s/kJ/s/ kJ/s/kJ/s数123456六、分析思考题：分析比热随温度的变化关系。假 定 在 0300 之 间 ，空 气 的 真 实 定 压 比 热 与 温 度 之 间 近 似 的 有 线 性 关系 ，则 由 t1 到C P/ kJ/(kg K)t2 的平均比热为：t2t2t1(a + bt )dtt1 + t2CPm t= a +b1t2- t12t1+ t2t2因此，若以2为 横 坐 标 ， CPm t1为纵坐标，则可根据不同的温度范围内的平均比热确4定 截 距 a 和 斜 率 b ， 从 而 得 到 比 热 随 温 度 变 化 的 计 算 式 ， 并 且 画 出 此 关 系 图 。七、注意事项：（ 1） 切勿在无空气流过的情况下进行通电加热，以免引起过热烧损仪器；（ 2） 输入电压不得超过 220V ，气体出口温度不得超过 300；（ 3） 加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪本体因骤热骤冷损坏；（ 4） 停止实验要先切断电加热器电源，风机继续运行 15 分钟后再切断风机电源。5
