工程热力学实验书

《工程热力学》综合（设计）性实验指

导书

电力学院

李华编

华南理工大学教材供应中心

2010 年4 月

目录实验一气体定压比热测定实验1

实验二二氧化碳热力学性能测定实验7

实验三喷管流动测试实验15

实验四活塞式压气机实验20

实验一气体定压比热测定实验

1.1概述

气体定压比热测定实验系统是一个设计性实验系统，它主要包括热力学参数测量系统的设计、加热和保温系统的设计，稳定状态的确认和维持、基本状态参数的测定和误差分析，以及实验安全和设备维护方面的考虑等。本实验的目的在于：

1、初步掌握热力学实验系统的一般设计方法，熟悉热力学参数测量的仪器选择、仪器使用方法及其注意事项，了解气体比热测定装置的基本原理和构思，利用已有设备设计搭建本实验系统的实验台；

2、掌握比热及其不同计量方法，熟悉定压比热和定容比热的定义及其相互关系，复习巩固理想气体的有关知识，能够用基本数据和基本公式计算各种比热值。通过实验观察和定量测定不同温度下空气的定压比热值。

3、通过数据整理，发现空气的定压比热随温度变化的规律，绘制它们之间的关系曲线，做出定性的解释。数值分析实验结果的误差，并给出产生误差的原因及减少误差的可能途径。

1.2本实验的相关热力学原理

比热又称比热容，是指单位量的物质温度升高1C（或1K ）时所吸收的热量。根据物质单位量的标准不同，比热有质量比热C、体积比热C和摩尔比热C m三种计量方法。对于理想气

体，这三种比热间的关系如下：

6 =Mc =0.022414C'

上式中的M是物质的摩尔质量。

另外物质吸热的过程并非唯一确定的，因而从严格意义上讲，比热是与具体热力

过程有关的过程量。然而，由于工程实际中针对较多的是定压过程和定容过程（或近似可视为定压过程和定容过程），因而除非特殊说明，人们所说的比热往往指定压比热或定容比热。当热力过程的性质确定后，比热就变成了仅与工质状态有关的一个重要的物性参数。本实验针对的是气体的定压质量比热。

不同的物质具有不同的比热值，理想气体的比热是温度的单值函数。本实验接近在常压下进行，温度也在室温至300C的范围内，此时空气可视作理想气体。在精度

要求不高的情况下，理想气体的比热可采用根据Mayer公式导出的下面定值比热公式

计算：

c

P = k

S =

上式中，k 为比热比，或绝热指数；R g 为气体常数，J/（kg. K ）。对于空气而言, k=1.4,

R g =287 J/(kg. K)

1.3实验系统设计时的设备条件

本实验在实验设置和气体流程方面提供了以下设 计条件：

1、 比热仪本体（如右图所示）

此比热仪是本实验系统中的核心装置，它可用于 测量

300°C 以下的气体定压比热。

2、 风机、流量计、调压器、电流表、电压表、温 度测量系

统等也是本实验系统重要组成部分，它们或 为实验提供和调节流动气流，或为实验提供了电加热 系统以及温度测量系统。它们和比热仪本体一起组成 了如下图推荐的实验系统。

气体定压比热测定实验台

3、空气有风机经流量计送入比热仪本体，经加热、均流、

旋流、混流、测温后流

出。气体流量由调压器调节风机输出电压（即调节风机转速）控制，气体出口温度由 输入电热器的电压调节。

1.4本实验中的具体设计工程

1、 预先确定实验中所用温度计、压力表等测量仪器的量程和精度，考虑风机输入

电压和电加热电压的调节（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）。

热空气

L r I

I

调节阀

功率调节及功率表

冷.

气体流量计

U

型压力计

冷空气

比热仪

BE3H =

2、根据前文提供的实验台系统参考图，确定实验台的组装方法和安装时的注意事项，并画出实验系统组装的分步示意图。

3、尝试编写实验步骤，设想实验中注意事项。要重点实验开启和停止中设备启动的先后顺序，以及实验中安全问题。（切勿在无气流通过的情况下使电热投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪本体；加热和冷却却要缓慢进行，防止比热仪本体因温度骤升骤降而断裂；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，以使其温度降低接近室温）。

4、编制数据记录表格和实验报告的提纲。

5、编制数据记录表格和实验报告的提纲。实验结束之后，除了应得到空气定压比

热和温度的关系曲线外，也要对空气流量、加热功率和定压比热（包括C p=a+bt中的截距a和斜率b）等实验结果进行误差分析。

1.5有关实验过程和参数确定的提示

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（t o）。

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：W、12丛

T

式中：W为电热器输入电功率（瓦）；

△为进出口温度差（°C）;

T为每流过10升空气所需的时间（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升空气通过流量计所需时间（T秒）；比热仪进口温度一—即流量计的出口温度（t1,C）和出口温度（t2C）;当时相应的大气压力（B，毫M 汞柱）和流量计出口处的表压（△!，，毫M水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。