[工学]工程热力学实验指导书修改稿.doc
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1、气体定压比热测定实验实验指导书建筑环境与设备工程专业11气体定压比热测定实验指导书(注意本指导书中设计性实验相关提示)气体定压比热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)、流量等基本测量。本实验所测定的其他为空气。计算中用到比热及混合其他(湿空气)等方面的基本知识,本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性认识。促进理论联系实际,以利于培养分析问题和解决问题的能力。为培养学生实际动手能力和创造力本实验为设计性实验,请参阅设计项实验提示。一、 实验要求1、 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。2、 熟悉本实验中的温度、压力、热量、流量的测量方法。3、 根据实验装置的基
2、本原理和设计性实验方案提示,设计出测定空气定压比热的实验流程,4、 通过改变本设计性实验的测量参数,如改变气体流量大小、电加热功率的大小对实验结果有何影响,并根据已学过的知识解释其原因5、 掌握由测量数据计算出比热值和比热公式的方法。6、 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、 实验原理气体的定压比热定义为: 在没有对外界作功的气体等压流动过程中,则气体的定压比热可以表示为:当气体在此等压过程中由温度加热至温度时,气体在此温度范围内的平均比热值可以由下式确定: 式中:m气体的质量流量(kg/S)气体在等压流动过程中的吸热量(KJ/S)由于实验测定的气体为空气,即测定干空气的定压比热
3、。空气是含有水蒸气的湿空气。干空气的吸热量等于湿空气的吸热量减去水蒸汽的吸热量。当湿空气气流由温度加热到时,其中水蒸汽的吸热量可用下式计算: 式中:气流中的水蒸汽质量(kg/S)则干空气的平均定压比热由下式确定:图 二式中:湿空气气流的吸热量(KJ/S)三、 实验装置整个实验装置如图1所示,由风机、流量计、比热仪本体、电流表、电压表、调压器及稳压电源等组成。比热仪本题见图2。图中:1进口温度计;2多层杜瓦瓶;3电热器;4均流网;5绝热垫;6旋流片;7混流网;8出口温度计。空气(也可以是其他气体)由风机流量计送入比热仪本体,经过加热、均流、混流、测流后流出。气体流量由节流阀控制;气体出口温度由输
4、入电热器的电压调节。本比热仪可测300以下气体的定压比热。四、 实验数据测定方法1、 实验之前,先选择合适的出口温度计插入混流网的凹槽中。接好测量仪表,先启动风机,然后接通电源。2、 摘下流量计上的温度计,调节节流阀,使流量保持在一定值附近。测出流量计出口空气的干球温度()和湿球温度()。3、 将温度计插回流量计,逐渐提高电压,使出口温度升高至给定温度(根据设计性实验提示,“给定温度”在一定范围内可以作适当变更,同时需要分析对实验测定结果有何影响,所测得的Cp值在理论上的适用性有何影响)电加热器功率可以由W=12t/(W)估算。式中:t空气进出口温度差()每流过10升空气所需时间(S)4、 待
5、出口温度稳定后(出口温度在10分钟之内无变化或者有微小波动,即可视为稳定),读出下列数据:每10升气体通过流量计所需要的时间(s),比热仪进口温度()和出口温度();大气压力;流量计出口处的表压;电加热器的电压U(V)和电流I(A);或者功率(W)。五、 实验数据整理根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的含湿量图上查出含湿量d(g/kg干空气),并根据下式计算出水蒸汽的容积成分:于是,气流中水蒸汽的分压力为式中:B大气压力 N/m2h流量计出口气流的表压力 ;(此值由湿式流量计上的压差计测取)水蒸汽的质量流量为:式中 V每秒流过的空气量 流过10升空气所需要的时间。干空气的质量流量
6、为:式中:P干空气的分压力 电加热器的加热量(湿空气的吸热量)式中:U电加热器的端电压 (V) I通过加热器的电流 (A)由以上所计算的数据可由(5)式求得干空气的平均比热假定在0300之间,空气的真实定压比热与温度之间有线性关系则由到的平均比热为若以为横坐标,为纵坐标(见图三),则可根据不同温度范围的平均比热值确定截距a和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式。六、 实验操作注意事项1、 电加热器不应在没有气流通过比热测定仪时进行加热。2、 提高电压时调节调压器要缓慢,不要一下子将电压提得很高,以免损坏比热仪和出口温度计。3、 停止实验时,应先停加热器后再停风机。并且在停止加热器加热后仍维持
7、小气流继续运行15分钟。4、 实验过程中,必须使气流和测定仪的温度状况稳定后才能读取数据。5、 输入电热器的电压不得超过220V,气体出口温度不得超过温度计的最高刻度值。七、 实验报告内容1、 实验原理;2、 设计性实验方案 和 设计性实验流程图(参见设计性实验提示);3、 实验数据记录;4、 计算结果及数据整理;5、 列表表示平均比热与温度的关系。6、 用作图法或者最小二乘法确定式(6)中的常数a和b值,用方程式表示空气的平均定压比热与温度的关系。7、 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二氧化碳状态变化规律实验二氧化碳状态变化规律实验一、 实验目的1、 了解CO2临界状态的观测方
8、法,增强对临界状态概念的感性认识。2、 加深对课堂所学的工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3、 掌握CO2的p-V-t关系的测定原理,学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法。二、 实验内容1、 测定CO2的p-V-t关系,在p-V坐标图上绘出t为20,27,31.2,50四条等温线,与标准实验曲线相比较并分析产生差异的原因。2、 观察临界状态附近汽液两相模糊现象,测定CO2的临界参数(pc、Vc、tc),将实验所得vc值与理想气体状态方程式及范德瓦尔斯方程式的理论计算值作一比较,简述其差异原因。3、 测定在不同压力下饱和蒸汽与饱和液体的比容(或密度)及饱和温度与饱和压力的
9、对应关系。三、 实验原理1、 实际气体在压力不太高、温度不太低时,可以近似地认为是理想气体,并遵循理想气体状态方程式: 式中:p 绝对压力(Pa) V 容积(m3) T 绝对温度(K) m 气体质量(kg) R 气体常数 实际气体中分子力和分子体积,在不同温度压力范围内,这两个因素所起的相反作用表现是不同的。因而,实际气体与不考虑分子力、分子体积的理想气体有一定偏差。1879年范德瓦尔针对偏差原因提出了范德瓦尔方程式: (2)或 (3)式中: 分子力的修正项b分子体积修正项 注意,比容与摩尔体积换算 Tc、pc分别为临界压力和临界温度,对CO2,Tc、pc如下: Tc=31.2 pc=7.38
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