工程热力学实验二
工程热力学实验二
气体定压比热测定
[实验目的]
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。
[实验装置和原理]
图1 实验装置简图
装置由风机、流量计、比热仪主体、电空箱测量系统等组成（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热电阻组成。实验时，被测空气（也可是其他气体）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（t0，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（Δh）。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。
[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PT100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（t0）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≈12Δt/τ。式中：W为电热器输入电功率（瓦）；Δt为进出口温度差（℃）；τ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（τ，秒）；比热仪进口温度（t1，℃——即流量计的出口温度）和出口温度（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（Δh，毫米汞柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。
表1：
（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： τW=
d6221+d622
W4.1868⨯10
3
（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 PgV[(1-τ)(B+∆h⨯10/735.56]⨯[10τ]W == G g
RgT029.27(t0+273.15) =
4.6447⨯10
-3
(1-τW)(B+∆h/13.6)
τ(t0+273.15)
[τW(B+∆h⨯10
-3
4
公斤/秒
（8） 水蒸气流量为：
= GW
PWVRWT0
=
735.56]⨯[10τ]
47.06(t0+273.15)
1τ0B+(∆hW
=
2.888⨯9
τ(t0+273.15)
/13.6)
公斤/秒
（9） 水蒸气吸收的热量为：
=G QWW
⎰
t2
t1
(0.440+40.000t1dt1 67)
[0.4404(t-t)+0.00005835(t2-t2)]大卡/秒 =GW2121
（10） 干空气的定压比热为：
-Q QQt2gW
=大卡/(公斤⋅℃） CPMt=
(t-t)G (t-t)1
Gg21g21（11） 比热随温度的变化关系：
假设在0-300℃之间t2的平均比热为：
因此，若以
CPM
t2t1
t1到
=
⎰
t2
t1
(a+bt)dtt2-t1
t2t1
=a+b
t2+t1
2
t2+t1
2
为横座标，CPM
为纵座标，则可根据不同温度范围内的平均比热
确定截距a和斜率b，从而得出比热随温度变化的计算式。例：
图
2
[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15分钟左右（温度较低时可适当缩短）。