1空气定压比热的测定

实验一空气定压比热的测定

气体定压比热的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）、流量等基本量的测量；计算中用到比热及混合气体（湿空气）的方面的基本知识。

一、实验目的

1、了解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、测热量、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、增加热物性研究方面得感性认识，促进理论联系实际。

5、分析本实验产生误差得原因及减小误差得可能途径。

二、原理及计算

气体定压比热的定义为，在没有对外界做功的气体等压流动过程中，

则气体的热容可表示为。当气体在此等压过程中，由温度t1加热到温度t2时，气体在此温度范围内的平均定压比热值可由下式确定

kJ/kg.K，即单位质量的工质温度升高一度时所吸收的热量。

式中： m—气体的质量流量。㎏/s

Qp—气体在等压流动过程中的吸热量。kJ/s

大气是含有水蒸汽的湿空气，当湿空气的温度由t1加热到温度t2时，根据流量计出口空气的干湿球温度计读数，可从湿空气的焓湿图查出含湿量d（即比湿度ω）克/千克干空气，并根据下式计算出水蒸汽的容积成分：

电热器消耗的电功率可由电压和电流的乘积计算。如要考虑电表的内耗，应扣除毫安表的内耗。设毫安表的内阻为RmA欧（Ω），则可得电热器单位时间放出的热量：

J/s

也可由功率表直接读出。

干空气流量（质量流量）为：

= ㎏/s

水蒸汽的流量（质量流量）为：

=㎏/s

水蒸汽吸收的热量为：

=

=

= J/s

干空气的定压比热为：

J/㎏.K

由以上计算过程可以看出，要测量计算气体的定压比热Cpm，需要测定的有关量分别是：

t、tw—气体在流量计出口处的干、湿球温度；

t1、t2—气体流经比热仪主体的进、出口温度；

τ—每10升气体通过流量计所需的时间秒（气体的体积流量）

；

U、I—电加热器的电压、电流；

B—当时当地的大气压力；mmHg

Δh—流量计出口处的表压力；mmH2O

d（克/千克干空气）—含湿量（即比湿度ω），根据φ与t查焓湿图，其中φ是空气的相对湿度％，由t、tw从干湿球温度计上查出。

三、装置简图

图1.1为比热仪装置示意图。整个装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成。

图1.2为比热仪主体示意图。图中1——保温层，2——电加热器，3、4、5、6——均流器，7——温度计。

实验时，被测空气（也可是其它气体）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。气体流量由节流阀控制，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℃以下气体的定压比热。

四、实验步骤及数据记录

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、检查调压器的输出电压为零，节流阀全开。

3、摘下流量计上的温度计活塞，开动风机，调节节流阀，使流量计保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度t和湿球温度tw。

4、将温度计活塞插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电加热器功率使出口温度升高至预计温度，可根据下式预先估计所需功率：

，式中W为电功率（瓦），Δt为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升（10立方分米）空气所需时间（s）。

5、等出口温度稳定后（出口温度t2在十分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出并记录下列数据：

表1—1实验数据记录表

6、测试结束，将调压器旋至输出电压零位，切断加热器电源，让风机继续运转十五分钟方可关闭。

五、比热随温度的变化关系

假如在0—300℃之间，空气的真实定压比热与温度之间有线性关系：Cp=a+bt，则由t1到t2的平均比热为：，因此，若以

为横坐标，为纵坐标，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。如图1.3所示。

Tu13

六、注意事项

1、切无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降而破裂。

4、停止实验时，应先切断电热器，让风机继续运转十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）再关总电源。

七、实验报告

1、实验目的

2、实验原理

3、实验所用仪器

4、实验步骤

5、实验数据的记录及处理

6、误差分析及问题讨论