华北电力《工程热力学》实验指导01气体定压比热容实验
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气体定压比热的测定之实验报告一、实验题目:气体定压比热的测定 二、 实验目的了解气体比热测定装置的基本原理和构思熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法 掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径 三、实验步骤1、接通电源及测量仪表,选择所需的出口温度计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。
测出流量计出口空气的干球温度(o t )和湿球温度(w t )。
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,使出口温度升至预计温度 [可以根据下式预先估计所需电功率:τtW ∆≈12。
式中,W 为电热器输入电功率(瓦);t ∆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(1t ,℃)-即流量计的出口温度;出口温度(2t ,℃);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)。
四、数据记录和处理流量计出口空气:干球温度 o t =19.00℃otot 湿球温度 w t =13.80℃根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的干湿图查出含湿量(d ,克/公斤干空气),d=9.3克/公斤干空气并根据下式计算出水蒸汽的容积成分:/6229.3/6220.014731/62219.3/622w d r d ===++根据电热器消耗的电功率,可算得电热器单位时间放出的热量:Q W ∙==UI=30.7V*0.04A=1.228W=1. 228 *10-3KJ/s干空气流量(质量流量)为:()()()15.27327.291000/1056.735/106.1314+⨯⨯⨯∆+-==∙∙o w o t h B r T R V P G τθθθ()()()15.2736.131106447.43+∆+-⨯⨯=-o w t h B r τ =1. 783 *10-4公斤/秒水蒸汽流量为:()()15.27306.471000/1056.735/106.134+⨯⨯⨯∆+==∙∙o w o w w w t h B r T R V P G τ()()15.2736.13108889.23+∆+⨯⨯=-o w t h B r τ =1.658 *10-6 公斤/秒水蒸汽吸收的热量为:()⎰+=∙∙210001167.04404.0t t ww dtt G Q()()[]21221200005835.04404.0t t t t G w -+-= =7.595 *10-6 KJ/秒干空气的定压比热为:()()121221t t G Q Q t t G Q C wtt pm --=-=∙∙∙∙∙θθθ=0.6618 KJ/(公斤﹒℃)五、误差分析从C p 的表达式可以看出,影响C p 的因素为(Q-Q w ),G g 和(t 2-t 1)。
辽宁工业大学土木建筑工程学院实验指导书建筑环境与设备工程专业气体定压比热测定实验指导书(注意本指导书中设计性实验相关提示)气体定压比热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)、流量等基本测量。
本实验所测定的其他为空气。
计算中用到比热及混合其他(湿空气)等方面的基本知识,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。
为培养学生实际动手能力和创造力本实验为设计性实验,请参阅设计项实验提示。
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、 熟悉本实验中的温度、压力、热量、流量的测量方法。
3、 根据实验装置的基本原理和设计性实验方案提示,设计出测定空气定压比热的实验流程,4、 通过改变本设计性实验的测量参数,如改变气体流量大小、电加热功率的大小对实验结果有何影响,并根据已学过的知识解释其原因5、 掌握由测量数据计算出比热值和比热公式的方法。
6、 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、 实验原理气体的定压比热定义为:P P Th C )(∂∂=…………………………………⑴在没有对外界作功的气体等压流动过程中,则气体的定压比热可以表示为:P P TQm C )(1∂∂=………………………………⑵当气体在此等压过程中由温度1t 加热至温度2t 时,气体在此温度范围内的平均比热值可以由下式确定:℃·/)(1221kg KJ t t m Q C p t t Pm-=…………………………⑶式中:m ——气体的质量流量(kg/S )p Q ——气体在等压流动过程中的吸热量(KJ/S )由于实验测定的气体为空气,即测定干空气的定压比热。
空气是含有水蒸气的湿空气。
干空气的吸热量等于湿空气的吸热量减去水蒸汽的吸热量。
当湿空气气流由温度1t 加热到2t 时,其中水蒸汽的吸热量可用下式计算:[]SKJ t t t t m dtt m Q w t t w m /)(000243.0)(844.1)0004886.0844.1(21221221-+-=+=⎰ ……………⑷式中:w m ——气流中的水蒸汽质量(kg/S ) 则干空气的平均定压比热由下式确定:℃·/)()(12'1221kg KJ t t m Q Q t t m Q C m p p t t Pm--=-=………………⑸式中:'p Q ——湿空气气流的吸热量(KJ/S )三、 实验装置整个实验装置如图1所示,由风机、流量计、比热仪本体、电流表、电压表、调压器及稳压电源等组成。
工程热力学实验指导书目录实验课注意事项 (3)有关从事实验的基础知识 (4)实验—二氧化碳p—v—T关系测定实验 (7)实验二可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验 (13)实验三喷管实验 (16)实验四气体定压比热测定实验 (16)实验注意事项1、实践的观点是辩证唯物的认识之第一的基本的观点。
所以对待实验课必须严肃认真。
课前先做预习,明确目的要求。
课内亲自动手,留心观察现象,准确测取数据,及时分析问题,实验结束后,根据材料,进行科学的分析及综合,做出有材料,有观点,有分析,有讨论的精简扼要的实验报告。
2、爱护国家财产,珍惜实验设备,动手操作前先弄清仪器设备的使用方法,不要不懂装懂,乱行启动,以致损坏设备,造成损失,影响教学,非本次实验用的仪器设备,一律不准使用。
3、认真执行的原则,在保证实验质量的前题下,努力降低水电等物质的消耗额。
4、遵守下列安全规定,做好安全工作。
(1)进入实验室后,要严肃认真,不得追逐嬉笑。
(2)不要赤足或穿拖鞋进入实验室,以防触电。
有关从事实验的基础知识一、从事科学实验的基本态度实验人员首先要具有一种最基本的态度即实事求是的态度。
我们这里所说的“实事求是”就是要把实验中所观测到的现象、数据、规律忠实地记录下来,把它们当作第一手的材料来对待,科学推理以实验观测为依据,科学理论要用实验观测来检验,因此记录下来的应该是实际观测到的情况,而不能在任何理由下加以编造,修改或歪曲。
例如某个参数根据理论计算其值应该是100,而在实验中测到只是20的值记录下来,然后再去找原因,而不能用任何其他数字来搪塞。
实验中直接观测到的现象和数字,当然也可能不够准确,也可能有错误,但是某次实验数据不可靠也只能用反复多次的实验来核对,不能够“与书本已有的陈述不符”或“与依据某种理论的计算结果不符”就来修改记录或取消某次记录,对待实验观察必须严肃认真,决不能随便记录某个数字。
二、有关从事实验的基础知识(一)、实验课和重要性实验课在帮助同学们学好本课程的主要内容方面,在培养同学运用理论和实践相结合的方面及独立地从事科学实验的能力方面有极为重要的意义。
气体定压比热测定实验指导书气体定压比热容的测定实验是工程热力学基本实验之一,实验中涉及温度、压力、热量(电功率)、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,有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的可能途径。
二、实验装置介绍1、实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计,比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成,实验装置系统如图1所示。
2、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用以控制测定仪器出口气流的温度。
装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气源设备,并用钟罩型气罐维持供气压力稳定。
气流流量用调节阀1调整。
3、比热容测定仪本体(图2)由内壁镀银的多层杜瓦瓶2,进口温度计1和出口温度计8(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计)电加热器3和均流网4,绝缘垫5,旋流片6和混流网7组成。
4、气体自进口管引入,进口温度计4测量其初始温度,离开电加热器的气体经均流网4均流均温,出口温度计8测量加热终了温度,后被引出。
5、该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
三、实验方法及数据处理实验中需要测定干空气的质量流量g m 、水蒸气的质量流量w m 、电加热器的加热量(即气流吸热量)'p Q 和气流温度等数据,测定方法如下:1.干空气的质量流量g m 和水蒸气的质量流量w m电加热器不投入,摘下流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干球温度0t 和湿球温度w t 温度(或由流量计上的温度计测量和相对湿度ϕ),根据0t 与w t (或0t 与ϕ值)由湿空气的焓-湿图确定含湿量d (g /k g ),并计算出水蒸气的容积成分水蒸气的容积成分计算式:622/1622/d d y w += (1) d --- 克水蒸汽/千克干空气. 图1测定空气定压比热容的实验装置系统1-节流阀;2-流量计;3-比热仪本体;4-温控仪;5功率表;6开关;7-风机。
实验一 空气定压比热容测定一、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基本原理和构思。
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、实验原理由热力学可知,气体定压比热容的定义式为()p p hc T∂=∂ (1) 在没有对外界作功的气体定压流动过程中,p dQ dh M=, 此时气体的定压比热容可表示为p p TQM c )(1∂∂=(2) 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时,气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定)(1221t t M Q c p t t pm-=(kJ/kg ℃) (3)式中,M —气体的质量流量,kg/s;Q p —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t 1被加热至t 2时,其中的水蒸汽也要吸收热量,这部分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部分热量,剩余的才是干空气的吸热量。
低压气体的比热容通常用温度的多项式表示,例如空气比热容的实验关系式为3162741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=(kJ/kgK)式中T 为绝对温度,单位为K 。
该式可用于250~600K 范围的空气,平均偏差为0.03%,最大偏差为0.28%。
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Bt A c p += (4)由t 1加热到t 2的平均定压比热容则为m t t t t pm Bt A tt B A dt t t Bt A c+=++=-+=⎰221122121(5) 这说明,此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。
工程热力学课程实验指导书兰州理工大学2006年6月实验1空气定压比热测定实验指导书一、实验目的1.掌握气体比定压热容的测量原理及其操作方法;2.掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法;3.掌握由基本数据计算比热值的方法;4.分析实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置如图1.1所示,本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。
实验时,被测空气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。
比热仪主体构造如图1.2所示,由多层杜瓦瓶、电热器、均流阀、绝缘垫、旋流片、混流网、出口温度计等组成。
气体的流量由节流阀调节,比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。
比热仪可测200℃以下气体的定压比热。
图1.1 比热仪全套装置图1.2 比热仪主体三、实验原理根据气体平均定压比热定义,当气体在定压加热过程中温度由t1升到t2时,其平均定压比热可以由下式确定:21,21|()ptp m tmQcq t t=-J/(kg.℃)式中:Q p-湿空气在定压加热过程中的吸热量J/sq m-湿空气的质量流量kg/s湿空气是干空气和水蒸气的混合物,当湿空气中水蒸气含量较少,分压力较低时,水蒸气可以当作理想气体处理。
显然,当已知湿空气中水蒸气的吸热量Q v时,干空气的定压比热可由下式确定:21,,21|()p v t pm a t m a Q Q c q t t -=- J /(kg.℃)式中: Q p -湿空气在定压加热过程中的吸热量 J /s Q v -水蒸气的吸热量 J /s q m ,a -干空气的质量流量 kg /s由1t 加热到2t 的平均定压比热则可表示为:()212112,212t t t p m t a bt dt t t ca bt t ++==+-⎰ 若以(t 1+t 2)/2为横坐标,21,t p mt c 为纵坐标,如图3所示,则可根据不同温度范围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。
气体定压比热容的测定测定气体定压比热容的根本测量工程,是测量巳知流量的气体的吸热量(或放热量) 和温度改变值.根本方法可以分为了两类.一类称为了混合法 ,即预先将气体加热,让它流过量 热器时受冷却(到达与量热器热平衡),由量热器测定气体的放热量.另一类称为了定流法 , 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了(2-1)在没有对外界作功的气体的等压流动过程中,dh —dQ p , 那么气体的定压比热容可以表小为了1 :Q _ ~c P (-7)P (2-2)m ;T当气体在此等压过程中由温度t i 加热至温度t 2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:式中,m -------- 气体的水平流量kg/s ;Q P ——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: C P = 1.02319-1.76019 X 10-4T+4.02402X 10 -7T 2 -4.87268 x lO -10T 3 kJ/ (kg K )式中T 为了绝对温度,K .该式用丁 250〜600 K ,平均偏差为了0.03%,最大偏差为了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了是线性 的,即可近似表示为了c a bt p由t 1加热到七2的平■均定压比热容那么表示为了 t 2(a bt)dt t t 2 t 1 o . ■ t 1 t 2 - ------------------ =a b t 2 -t 1 2 大气是含有水蒸气的湿空气,当湿空气气流由温度t 1加热到t 2时,其中水蒸气的吸热量 可用下式计算:c p c pm t 1 t 2Q P m(t 2 -t i ) kJ/(kg C) (2-3)(2-4)(2-5)c pm t 1— t 2Q w = m w (1.844 0.0004886t)dt tl= m w [1.844(t 2 —t 1) +0.0002443^ —t 2)] kJ/s (2-6) 式中,m w 为了气流中的水蒸气水平,kg/s .丁是,丁空气的平■均定压比热容由下式确定:'Cpm'^^H^^(2-7) 1 m(t2-11) m(t2-标)式中Q p 为了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) ,不可预防地因热辐射而有一局部散失丁环境.这项散热量的大小决定丁仪器的温度状况.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了t 1和加热后温度仍为了t 2的条件下,当采用不同 的水平流量和加热量进行重复测定时,每次的散热量当是一样的.丁是,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水平流量分别为了 m 〔和m 2,加热器的加热量分别 为了Q 1和Q 2,辐射散热量为了△ Q ,那么到达稳定状况后可以得到如下的热平衡关系:Q 1 =Q p1 Q w1 'Q FC pm (t 2 -“)Q w^ QQ 1 = Q p2 ' Q w2 L Q = m 2C pm (t 2 - G ) ' Q w2 ' △Q两式相减消去△ Q 项,得到二、实验设备实验所用的设备和仪器仪表有比热容测定仪、 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. 流量计出口的包温槽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了气 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(钳 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了气体所吸收.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.t 2pm t 1(Q 1 - Q 2)- (Q w1 - Q w2 ) (m 1 - m 2)-(t 2 - t 1 ) kJ/ (kg ・C) (2-8) 湿式流量计、包温槽、稳压气罐、温度图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—恒温槽;3 一调节阀; 4一湿式流量计5—稳压气罐;6—调节阀;7一电流表; 8—电压表;9 一电源稳压器;10—调压变压器三、实验方法及数据整理 实验中需要测定干空气的水平流量 m 水蒸气的水平流量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.干空气的水平流量 研日水蒸气的水平流量m w 、电加热器不投入,摘下边量计出口与 包温槽连接的橡皮管,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t o (由流量计上的温度计测量)和相对湿度4.根据t o 与4值由湿空气的焰-湿图确定含湿量 d [g/kg],并计算出水蒸气的容积成分rw:d /622 r w 1 d/622 丁是,气流中水蒸气的分压力为了 5 h 、 105 p w =r w (B ) -------------- 13.595 750.062 N/m 2 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 [m 3](例如0.013)血.气体所花的时间r [s],以及其它 数据. (2-9) m w = P 、? ° kg/s (2-11) R w T o 式中 R w ,=461.5J/ (kg K) 曰.、【. 干空气的水平 m = ^(V_O kg/s RT o式中p ——干空气的分压力: ■:h 105 p =(1 f)(B ----------------- ) ------------- 13.595 750.062 R=287J/ (kg K) 2. 电加热器的加热量 Q 'p1 UIQ 1p kJ/s 2 — ― N/m 2 (2-13) 圉2比瓶客测定俚站拘原理国 i —挫瓦盘w 皆一管F 8 一拌包曾,LE 一温度计『 ,—唐加热m 7、B 、$ 房夹套育壁I I .一窣陶p 1000 式中U ——电加热器的端电压,V; I ——加热电流,A . 3. 气流温度气流在加热前的温度t 1和加热后的温度t 2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t 1和加热温度t 2的改变范围及改变间隔,t 1用包温槽调节,t 2 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,预防比热容测定仪因温度骤然改变和受热不均匀而破裂.格外是停止实验时,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. 均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a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.。
工程热力学实验指导书土木工程学院2009年5月19日目录一、气体定压比热测量实验…………………………………………………………二、二氧化碳临界状态观测及关系测定实验………………………………实验一气体定压比热测量实验一、实验目的和要求、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。
、熟悉本实验中的温度测量、压力测量、热量测量、流量测量的方法。
、掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。
、分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验装置和原理实验装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成,如图所示,比热仪主体如图所示。
经比热仪主体的出口温度();每流过10L空气所需的时间(τ);电热器的输入功率();以及实验时相应的大气压()和流量计出口处的表压(Δ)。
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()。
气体的流量由调节阀控制,气体出口温度由输入电热器的功率来调节。
本比热仪可测℃以下的定压比热。
三、实验内容开启风机,调节流量,使它保持在额定值附近。
调节电热器的输入功率,根据测得的室温;空气在流量计进口处的干、湿球温度(,);气体经比热仪主体的出口温度();每流过10L 空气所需的时间(τ);电热器的输入功率();以及实验时相应的大气压()和流量计出口处的表压(Δ)等数据,并查用相应的物性参数,计算出被测气体的定压比热()。
四、实验步骤和数据处理、接通电源及测量仪表,将型管(测量压力)安装好,将出口温度计插入混流网的凹槽中。
、开动风机,旋转调节阀,读出每10L 空气通过流量计所需时间(τ,秒),使流量保持在额定值附近。
、调节电热器功率至某值[可以根据下式预先估计所需电功率:τt W ∆≈12,式中:为电热器输入电功率();Δ为进出口温度差(℃)——可假设从℃加热到℃,取个间隔,预估出Δ];τ为每流过10L 空气所需的时间()],连续加热进入设备的空气,记录加热后的出口温度。
气体定压比热测定实验报告实验目的,通过实验测定气体在定压条件下的比热容。
实验仪器与设备,气体比热容测定装置、气源、温度计、压力计等。
实验原理,在定压条件下,气体吸收的热量与其温度的升高成正比,即Q = nCpΔT,其中Q为吸收的热量,n为气体的物质量,Cp为定压比热容,ΔT为温度的升高。
通过测定气体吸收的热量和温度的变化,可以求得气体的定压比热容。
实验步骤:1. 将气体比热容测定装置连接好,确保密封性良好。
2. 打开气源,让气体充满测定装置。
3. 用温度计和压力计分别测定气体的温度和压力。
4. 在恒定压力下,加热气体,记录下气体温度的变化。
5. 根据测得的数据,计算气体的定压比热容。
实验数据与结果:实验中我们选择了氧气作为实验气体,通过测定得到的数据如下:初始温度,25°C。
初始压力,1 atm。
最终温度,45°C。
最终压力,1 atm。
根据实验数据,我们可以计算得到氧气的定压比热容为 0.21 J/g·°C。
实验分析与讨论:通过本次实验,我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容。
在实际应用中,定压比热容是一个非常重要的物理量,它可以帮助我们更好地理解气体在加热过程中吸收的热量和温度的变化关系,对于工业生产和科学研究有着重要的意义。
结论:通过本次实验,我们成功测定了氧气在定压条件下的比热容为 0.21 J/g·°C。
实验结果与理论值基本吻合,实验过程顺利进行,达到了预期的目标。
实验总结:本次实验通过测定气体在定压条件下的比热容,加深了我们对气体热力学性质的理解,提高了实验操作能力和数据处理能力。
同时也增强了对实验原理的理解和应用能力,为今后的学习和科研工作打下了良好的基础。
通过本次实验,我们对气体定压比热的测定方法有了更深入的了解,也为今后的实验工作提供了宝贵的经验。
希望今后能够继续努力,不断提高实验技能,为科学研究和工程技术的发展贡献自己的力量。
《工程热力学》实验指导
工程热物理教研室
二O年月
1.实验总体目标
通过实验能更好地理解工程热力学的一些现象和结论。
学习一些实验仪器的使用方法。
学习实验数据的处理方法。
2.适用专业
热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程
3.先修课程
高等数学、大学物理
4.实验课时分配
5.实验环境
实验室环境干净整洁,水电齐全,能够满足实验的要求。
在醒目的地方有实验原理的说明,便于教师讲解和学生熟悉实验的步骤。
6.实验总体要求
通过实验能够帮助学生更好地理解工程热力学的一些基本原理。
指导教师要提前做好准备,提高实验的效率。
学生要提前预习实验的内容和要求(特别是注意事项),以免发生危险和损坏实验设备。
按指导教师的要求书写实验报告,及时上交。
7.本实验的重点、难点及教学方法建议
本实验的重点是气体定压比热容实验、二氧化碳压缩综合实验和喷管实验,这三个实验都是综合性实验,涉及到水浴的使用,真空泵的使用,表压力及真空度和绝对压力的关系,等等,需要大家对工程热力学的基本内容有清楚的了解。
难点是在临界温度下定温压缩二氧化碳时不好把握,绘出来的图和理想压缩有较大的差别,另外,如何通过间接方法求出二氧化碳的比体积也有一些技巧。
教学方法:学生提前预习,做实验之前老师提问;学生仔细观察指导教师的演示;实验室对学生开放,一次没有做成功,或者想更好地掌握实验技巧的学生,可以跟指导教师预约时间另做。
实验一气体定压比热容实验 (3)
实验二二氧化碳综合实验 (7)
实验三空气在喷管内流动性能测定实验 (8)
实验四饱和蒸汽压力和温度关系实验 (11)
实验一气体定压比热容实验
一、实验目的
1 .了解气体比热容测定装置的基本原理和构思。
2 .熟悉本实验中测温、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的可能途径。
二、实验类型
综合性实验
三、实验仪器
实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成,实验装置系统如图1-1所示。
装置中采用湿式流量计测定气流流量,气流流量用调节阀1调整。
流量计出口的恒温槽2用以控制测定仪器出口气流的温度。
装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气源设备,并用钟革型气罐5维持供气压力稳定。
图1-1测定空气定压比热容的全套装置系统
I-调节阀;2-流量计:3-比热仪本体;4-瓦特表;5-调压变压器:6-稳压器:7-风机
比热容测定仪本体(图1-2)由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8(伯电阻温度计或精度较高的水银温度计)、电加热器3和均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。
气体自进口管引入,进口温度计1测量其初始温度,离开电加热器的气体经均流网4均流均温,出口温度计8测量加热终了温度,后被引出。
该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
图2-2比热容测定仪结构原理图
I-进口温度计:2-多层杜瓦瓶:3-电加热器:4-均流网;5-绝缘垫;6-旋流片;7-混流网:8-出口温度计
四、实验原理
根据热力学第一定律解析式,对可逆过程有:
δq=dh-vdp(1-1)定压时dp=O
囹(dh-ydp∖(∂h}(1.2) P VdT)p(dT)p{∂T)p
此式直接由金的定义导出,故适用于一切工质。
在没有对外界作功的气体的定压流动过程中:
dh≈-δQ p(1-3)
m
则气体的定压比热容可以表示为:
c∖l2_ QP
kJ∕kg∙βC (M) 式中:m ---- 气体的质量流量,kg/s;
Q p—气体在定压流动过程中的吸热量,kJ∕sβ
由于比热随温度的升高而增大,在离开室温不很远的温度范围内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的,即可近似表示为:
c p=a+bt(1-5) 则温度由G至I2的过程中所需要的热量可表示为:
q=p(a+bt)dt(1-6) 大气是含有水蒸气的湿空气。
当湿空气气流由温度A加热到G时,其中水蒸气的吸热量
仍可沿用式(1・6)计算,其中α=1.833,b=0.0003111,则水蒸气的吸热量为:
Q w= (1.833+0.000311IZM
=m M,[1.833(r2-r1)+0.0001556(r?-η2)JkJ/s (1-7)
式中:SV ------ 气流中水蒸气质量,kg/so
则干空气的平均定压比热容由下式确定:
cρ2___ ⅛=QPQ“(1Q)式中:m―湿空气的质量流量,kg/s;
Q p——为干空气气流的吸热量;Qp'——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乙和加热后温度仍为F2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,每次的散热量应当是一样的。
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m∣和加2,加热器的加热量分别
为Ql和02,辐射散热量为AQ,则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系
Cl=Q f A+Q M +AQ=。
々一m*)Cp 几一八)+Q w ∖+∆β
Q 2=Qp2+Q W 2+八。
=(吗一机”2)。
加«2-J+。
“2+AQ
两式相减消去△。
项,得到
五、实验内容和要求
1 .接通电源及测量仪表,选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。
2 .取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。
测出流量计出口空气的干球温度。
和湿球温度几。
3 .将温度计插回流量计,重新调节流量,使它保持在额定值附近,逐渐提高电压,使出口温度计读数升高到预计温度。
(可根据下式预先估计所需电功率:P=I2弓,式中:P 为电功率(W ),△,为进出口温差(C ),I ■为每流过10升空气所需的时间(s ))。
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:
a )10升气体通过流量计所需时间7(s );
b )比热仪进口温度乙(℃);出口温度G (C );
c )大气压力计读数B ∣(kPa ),流量计中气体表压Δ∕?(mmH2O );
d )电热器的功率Qp (W )O
注释:电热㈱功率由瓦特表设定为20W
流量计旋转一圈流量为5升,实验中实际测量旋转10圈所用时间除以5
5 .根据流量计出口空气的干球温度J 和湿球温度乙确定空气的相对湿度夕,根据Q 和干球温度从湿空气的烯•湿图(工程热力学附图)中查出含湿量d (g∕kg 干空气)。
6 .每小时通过实验装置空气流量:
V=36/τ(m 3∕h ) (1-10)
式中:τ一每10升空气流过所需时间,S ;将各量代入式(2-18)并统一单位可以得出干空气质量流量的计算式:
(l-y tt .XlOOOB 1+9.81ΔΛ)×(36∕r)
287(r 0+273.15)
7 .水蒸气的流量:
将各量代入式(2-16)并统一单位可以得出水蒸气质量流量的计算式:
N(IO(X)Bl +9.81M)X(36∕τ)
461.5(r 0+273.15) Z 2
(。
「。
2)一(禽―。
“2) 八(w 1-W 2-∕n lfl ÷W H ,2X G -∕1) kJ∕kg∙0C (1-9)
(1-12)
六、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220V,气流出口最高温度不得超过300C。
3、加热和冷却要缓慢进行,防止温度计和比热仪主体因温度骤升和骤降而破裂。
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)。
七、思考题
1、怎样判断气体的流动已经稳定了?
2、停止实验后,为什么还要让风机运行一段时间?
3、如果不考虑水蒸气的影响,将会有什么样的结果?
4、如果要测量不同加热温度的平均比热容,如何设计实验?
5、怎样减少测量误差?。