气体定压比热实验

JK-QDBR 气体（空气）定压比热仪实验指导书

目 录

一、实验要求……………………………………………………………1

二、实验装置和原理……………………………………………………1

三、实验步骤和数据处理………………………………………………2

四、注意事项……………………………………………………………4

JK-QDBR 气体（空气）定压比热仪

实验指导书

概述：气体定压比热发的测定是工程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（湿空气）方面的基本知识。本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，以利于培养分析问题和解决问题的能力。

一、实验要求

1、了解气体比热测定装置的基本原理和构思。

2、熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。

3、掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。

4、分析本实验产生误差的原因及减小误差可能途径。

二、实验装置和原理（见图1）

图 1

装置由风机、流量计、比热仪主体、电控箱测量系统等组成（如图所示）。比热装置由多层杜瓦瓶、电热器、均流网、绝缘垫、旋流片、混流网、出口用PT100热电阻等组成。实验时，被测空气（也可以是其它气体）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：气体在流量计出口处的干、湿球温度（to，tw）；气体流经比热仪主体的进出口温度（t1，t2）；气体的体积流量（V）；电热器的输入功率（W）；以及实验时相应的大气压（B）和流量计出口处的表压（△h）。有了这些数据，并查用相应的物性参数，即可计算出被测气体的定压比热（Cpm）。

气体的流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电热器的功率来调节。 本比热仪可测300℃以下气体的定压比热。

三、实验步骤和数据处理

（1）接通电源及测量仪表，选择所需的出口用热电阻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。测出流量计中出口空气干球温度（to）和湿球温度（tw）。

（3）将温度计插回流量计，调节流量使它保持在额定值附近。逐渐提高电热器功率，使出口温度升高至预计温度[可以根据下式预先估计所需电功率：W≈12△t/。式中：W为电热器输入电功率（瓦）；△t为进出口温度差（℃）；为每流过10升空气所需时间（秒）]。

（4）待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每10升气体通过流量计所需时间（，秒）；比热仪进口温度（t1，℃）—即流量计的出口温度和出口湿度（t2，℃）；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（△h，毫米水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。

（5）根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从空气的干湿图查出含湿量（d，克/公斤干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分：

w（6）根据电热器的消耗的电功率，可算得电热器单位时间放出的热量：

·Q大卡/秒

（7）干空气流量(质量流量)为：

4· /1000·×10wGggoot29.27wo-3（8）水蒸气流量为：

4··Gwowo

公斤/秒o

（9）水蒸气吸收的热量为：

··t2QwGw∫0.4404+0.0001167tdtt1( )-3

t2t1大卡/秒( )t2t0.4404( )0.00005835 - +Qw[ ] -1

（10）干空气的定压比热为：

···2C

1( )t2t1 - -Ggt2t1Gg( )

22

（11）计算举例

某一稳定工况的实测参数如下：

t0=8℃；tw =7.5℃；B=748.0毫米汞柱；t1=8℃；t2=240.3℃；=69.96秒/10升；△h=16毫米水柱；W=41.84千瓦

查干湿图得d=6.3克/公斤干空气（=94）

w6.3/6220.0100271+6.3/-341.84·大卡/秒×109.9938Q-3748+16/13.6·Pw·( )4.64471-0.010027( )GgRwTo

175.14×10-6公斤/秒

·2.8889×10-3×0.010027( )748+16/13.6Gw-6公斤/秒1.1033×10·22Qw1.1033×10-6[ ]240.38( )0.00005835 - +240.3-80.4404( )

0.1166×10-3大卡/秒

-3-32CPM1 -0.2428大卡/(公斤.℃)

（12）比热随温度的变化关系：

假设在0—300℃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t2的平均经热为：

C

21t2a+btdt∫t1( )21tta+b21 +因此，若以t2t1 +

为横座标，CPM2为纵座标，则可根据不同温度范围内的平均比热确定截距1

a和斜率b，从而得出比热随温度变化的计算式。

t2t1℃

四、注意事项

1、切勿在无气流通过的情况下使电热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。

2、输入电热器的电压不得超过220伏。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主体温度骤升骤降而破裂。

4、停止实验时，应先切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。