工程热力学实验指导书

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 (3)

二、二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验 (6)

实验一气体定压比热测量实验

一、实验目的和要求

1、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。

2、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。

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1所示，比热仪主体如图2所示。

流后流出。在此过程中，分别测定：室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；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（c pm ）。

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300℃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（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；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 ）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（c pm ）。

四、实验步骤和数据处理

1、接通电源及测量仪表，将U 型管（测量压力）安装好，将出口温度计插入混流网的凹槽中。

2、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。

3、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：W

为电热器输入电功率（W ）；Δt 为进出口温度差（℃）——可假设从25℃加热到200℃，取n 个间隔，预估出Δt ]；τ为每流过10L 空气所需的时间（s ）]，连续加热进入设备的空气，记录加热后的出口温度。

4、需要记载的数据：室温t 0；比热仪进口干、湿球温度——即流量计的进口温度（t 1，t 1w ，℃）；连续变化的出口温度（t 2，℃）；当时相应的大气压力（B ，mmHg ）和流量计出口处的表压（Δh ，mmH 2O ）；电热器的输入功率（W ，W ）。

5、根据流量计进口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量(d ，g /kg (a ))，并根据下式计算出水蒸气的容积成分：

/622

1/622

w d r d =

+

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（kcal /s ）：

3

4.186810W

Q =

⨯

7、干空气质量流量（kg /s ）为：

4003

0(1)(/13.6)10/735.5610/100029.27(273.15)4.644710/13.6 =

(273.15)

g w g g w P V

r B h q R T t r B h t τ

τ--+∆⨯⨯==

+⨯+∆+（1-）()

8、水蒸气流量（kg/s ）为：

4003

0(/13.6)10/735.5610/100047.06(273.15)2.888910/13.6 =

(273.15)

w w w w w P V r B h q R T t r B h t ττ-+∆⨯⨯==

+⨯+∆+()

9、水蒸气吸收的热量（kcal /s ）：

2

1

2

22121(0.11010.0001167) =[0.4404()0.00005835()]

t w w t w Q q t dt

q t t t t =+-+-⎰

10、干空气的定压比热（kcal /（kg ·℃））为：

2

1

02121()

()

g t w

m

t g g Q Q Q c q t t q t t -=

=

--

11、计算举例

假定某一稳定工况的实测参数如下：

t 0=8℃； t 1=8℃； t 1w =7.5℃； B =748.0mmHg ； t 2=240.3℃； τ=69.96 s/10L ； Δh =16mmH 2O ；

W=41.84kW ；

查干湿图得 d =6.3g /kg (a )（ϕ=94%）并计算其他参数如下：

6.3/622

0.0100271 6.3/622

w r =

=+

333

41.84

9.9938104.186810 4.186810

W Q -===⨯⨯⨯ kcal /s 3

60 4.6447100.010********/13.6175.141069.96(8273.15)

g g g P V

q R T --⨯+===⨯+（1-）()

kg /s

360 2.8889100.010********/13.6 1.10331069.968273.15)

w w w P V q R T --⨯⨯+===⨯+()kg /s

62231.103310[0.4404(240.38)0.00005835(240.38)]0.116610w Q --=⨯-+-=⨯kcal /s

21

306

219.99380.1166100.2428()175.1410240.3-8t w m t g Q Q c

q t t ----⨯===-⨯（）（）

kcal /(kg ·℃)