空气比定压热容的测定

气比定压热容的测定

一、实验目的

(1)了解比热容测定装置的设备组成及各设备的作用，掌握比热容测定方法。

(2)掌握本实验中的温度、压力、流量、热量等的测定方法。

(3)掌握计算比热值和求得比热容公式的方法，并计算空气的比定压热容。

(4)列表示平均比热容与温度的关系，并用方程表示。

二、实验原理

实验台通过在定压条件下加热空气，根据空气温度的变化和流量的大小测出空气的定压比热容，即根据()()[]K kg /kJ 1221•-=t t m Q c p t t p 确定，式中：m 为气体

的质量流量，kg/s ；p Q 为气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s 。

在距室温不很远的温度围，空气的比定压热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似表示为bt a c p +=，由1t 加热到2t 的平均比热容为

2

)(21122121t t b

a t t bt a c t t t t p ++=-+=⎰，因此，若以221t t +为横坐标，p c 为纵坐标，则可根据不同温度围的平均比热容确定截距a 和斜率

b ，从而得出比热容随温度变化的近似关系式。 （1）空气中水蒸气容积成分iv ϕ的确定。大气是含有水蒸气的湿空气，当湿

空气的温度由1t 加热到2t 时，根据布置在流量计出口的干湿球温度计读数t 、

w t ，从干湿球温度计的湿度表中查的空气的相对湿度ϕ，再由ϕ和干球温度t 从湿空气的焓湿图查出含湿量d ，则可用下式计算出空气中水蒸气的容积成分（也称为体积分数） %100622/1622/iv ⨯+=d d ϕ

式中：d 为含湿量，g （水蒸气）/kg （干空气）。

（2）湿空气的吸热量p Q 的确定。当比热议出口空气温度稳定时，湿空气吸收的热量即为电热器消耗的电功率。功率的测定方法有两种，一种是根据测量的电压和电流计算；另一种由功率表直接测量。吸热量的单位为kJ/s 。

（3）干空气质量流量m 的确定

）

（15.27305.287/1000/10)1()8.9(iv 0+⨯⨯-⨯∆+==t h p T R V p m a a a a τϕ 式中：0p 为当地的大气压力，Pa ；a p 为干空气的压力，Pa ；a V 为干空气的体积，

m 3；a R 为干空气的气体常数，）（K kg J/•；h ∆为流量计出口处的表压力，mmH 2O ；t 为流量计出口处的温度，℃；τ为每10L 气体通过流量计所需的时间，s 。

（4）水蒸气质量流量m 的确定

）

（15.2735.461/1000/10)8.9(iv 0v v v v +⨯⨯⨯∆+==t h p T R V p m τϕ 式中：v p 为当地的大气压力，Pa ；v V 为水蒸气的体积，m 3；a R 为水蒸气的气体常数，J /(kg •K)。

（5）水蒸气吸热量v Q 的确定

[])(0002443.0844.11212v v t t t t m Q -+-=）（ （kJ/s ）

式中：1t 、2t 为气体流经比热仪主体的进、出口温度，℃。

（6）干空气的比定压热容计算

()()

()[]K kg /kJ 12a v 12a a 21•--=-=t t m Q Q t t m Q c p t t p 式中：a Q 为干空气的热流量，kJ/s 。

由以上计算过程可以看出，要计算干空气的比定压热容，需要测定的相关量分别是p 021w ,,,,,,,,Q d h p t t t t ∆τ。

三、实验装置及其规

实验装置由风机、湿式气体流量计（含温度计、U 行压差计）、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。附属测量仪表有大气压力表、干湿球温度计、秒表，图2为比热仪主体结构示意图。

图1 比定压热容实验装置

图2 比热仪主体

实验时，被测空气（也可是其他气体）有风机经流量计送进比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。气体流量有节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。

该比热仪可测300度以下气体的定压比热容。

规:（1)切勿在无气流通过的情况下将加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。

(2)输入加热器的电压不得超过200V，气体出口最高温度不得超过200℃。

(3)加热和冷却要缓慢进行，防止比热仪主体因为温度骤变而破裂。

(4)测度表压力h

∆时，因液面上下波动，应读取其平均值。

(5)不许随意调整数控温度表的温度设定值。

(6)不要在靠近风机处方纸屑，以免将纸屑吸入系统或堵塞管道。

(7)试验结束后，应先关加热器，等

2

t降至30℃左右再停风机，最后关掉总电源。

四、实验步骤

（1）检查调压器的输出电压是否在零位状态，不再时，调至零位状态。加热器和风机开关全部出于关闭状态（向下），节流阀全开。

（2）接通总电源，启动风机，摘下流量计出口温度计活塞，调节节流阀直至流量达到仪器上标注的额定值附近。流出的空气流吹过干湿球温度计的湿纱布表

面，直至湿球温度计的读值恒定不变，记录湿球温度

w

t。

（3）将温度计活塞插回流量计，调大流量，使它仍保持在额定值附近。当指针转动均匀时，用秒表测量流过流量计10L空气所需时间τ。打开加热器开关，逐渐提高加热器功率，使出口温度升高至预计温度（最高不超过200℃）。可根

据式

τt

P

∆

≈12预先估计所需功率，式中：P为电功率，W；t∆为进出口温度差，℃；

为每流过10L空气所需时间，s。

t在10min之无变化或有微小起伏，即可（4）带出口温度稳定后（出口温度

2

视为稳定），读出并记录相关数据，填入数据记录表中。

（5）改变加热器功率使出口温度发生变化，带出口温度稳定后，再读取数据，如此重复不少于3次，以便进行数据整理及误差分析。

（6）测试结束后，将调压旋钮旋至输出电压零位，并切断加热器电源，但风机应继续运转，直至出口温度将至30℃以下后再停运，然后关闭总电源，结束实验。

五、数据记录与处理

1.常规数据记录

t=27℃

室温