工热热力学实验报告1

工程热力学实验报告

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2016年12月21日

实验一：气体定压比热的测定

一、实验目的和要求

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求得比热公式的方法。

4. 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。

二、实验内容

通过测定空气的温度、压力流量，掌握计算热量的方法，从而求得比热值和求得比热公式的方法。

三、数据记录

四、实验方法、步骤及测试数据处理

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（t0）。

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：

τt

W

∆≈12

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升空气所需的时间（秒）。

估算过程：W=m ×Cp ×（T2-T1）=ρ×V ×Cp ×（T2-T1）

=ρ×(10/1000τ) ×Cp ×Δt=1.169×(10/1000τ) ×1.004×Δt

=11.7/1000×Δt/τ(kW)=11.7Δt/τ(w)

式中ρ—kg/m3; Cp—kJ/kg ·k;

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升空气通过流量计所需时间（τ,秒）；比热仪进口温度——即流量计的出口温度（t 1,℃）和出口温度（t 2℃）；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,从湿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：

622

/1622/d d r w += 推导：对于理想气体混合物，摩尔比等于体积比，由分压力定律可知，理想气体摩尔比等于压力比，因此体积比等于压力比。根据含湿量定义d=m v /m a =n v M v /n a M a =0.622 (v v /v a )。因此：r w =v a /v=v v /(v v +v a )=1/(1+0.622/d)=d/0.622/(1+ d/0.622)

6. 根据电热器消耗的电功率，可算出电热器单位时间放出的热量：

310

1868.4⨯=W Q （kcal/s ）[1w=1J/s=1/1000kJ/s=1/4186.6kcal/s]

7. 干空气流量（质量流量）为：

)

15.273(2871000/103.133)6.13/)(1(00+⨯⨯∆+-== t h B r T R V P G w g g g τ )

15.273()6.13/)(1(106447.403+∆+-⨯= -t h B t w τ （kg/s ） 8. 水蒸气流量为： )

15.273(5.4611000/103.133)6.13/(00+⨯⨯∆+== t h B r T R V P G w

w w w τ

)

15.273()6.13/(108889.203+∆+⨯= -t h B t w τ （kg/s ） 9. 水蒸气吸收的热量：

)](00005835.0)((4404.0[)0001167.04404.0(21

221221t t t t G dt t G Q t t w w w -+-=+= ⎰ （kcal ）

10. 干空气的定压比热为：

)()(1

212021t t G Q Q t t G Q C g w g g t t m --=-= kcal/（kg ·℃） 11. 比热随温度的变化关系

假定在0—300℃之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由t 1到t 2的平均比热为：

2)(12120212

1t t b a t t dt bt a C t t t t m ++=-+=⎰

因此，若以 2

12t t +为横坐标，210t t m C 为纵坐标（如图2），则可根据不同的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。

图2 比热随温度的变化关系

五、实验注意事项

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。气体出口最高温度不得超过300℃。

3.加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤增骤降而破裂。停止试验时，应切断电热器，让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。

实验二二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定

一、实验目的

1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。

2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。

3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的

方法和技巧。

4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。

二、实验内容和要求

1、测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界

温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。

2、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对

应关系，并与图四中的t s-p s曲线比较。

3、观测临界状态

（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。

（2）气液整体相变现象。

（3）测定CO2的

P、c V、c t等临界参数，并将实验所得的c V值与理想气体状

c

态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。

三、实验主要仪器设备和材料

整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图3所示）。

图3 试验台系统图