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气体定压比热测定实验装置说明书


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(混空气)方面的知识。本实验的目的是增加热物性研究方面的感性认识,促使理论联系实际,以利于培养同学分析问题和解决问题的能力。
一、实验目的和要求
1. 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。
2. 熟悉本实验中的测温、测压、测热、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. 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
装置由显示屏、风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等五部分组成。
比热仪主体如图一所示。      
              
图一   比热仪主体 
实验时,被测空气(也可以时其它空气)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。在此过程中,分别测定:空气在流量计出口处的干、湿球温度(t0,tw);气体经比热仪主体的进出口温度(t1,t2);气体的体积流量(V);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(Cpm)。
气体的流量由节流阀控制,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。

图二  显示屏面板
三、显示屏操作说明
1、面板按钮说明(如图二所示)
K1=开机/说明/设置
K2=保存退出
K3=加湿器开关/加
K4=起动停止/传感器清零/减
K5=传感器恢复/进位
2、开机
打开电源后指示灯频闪,按K1即可正常工作,此时K3作加湿器开关使用,K4作起动/停止开关使用,此时按K1可转换说明页,再按返回。
3、设置
在工作状态下按K1不放(大于2秒)即可进入设置状态,此时按K1可选择传感器清零,工作电压设定。
或时间设置,按K2保存退出。
①传感器清零
此时K4传感器清零、K5恢复、K2保存退出、K1功能转换(保存)
②设定工作电压
此时K3是加、K4是减、K2保存退出、K1功能转换(保存)
③设置时间
此时K3是加、K4是减、K5是进位、K2保存退出、K1功能转换
四、实验步骤和数据处理
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. 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(t0)和湿球温度(tw)。
3.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:                                  
式中:W为电热器输入电功率(瓦);
          Δt为进出口温度差(℃);
          τ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(τ,秒);比热仪进口温度——即流量计的出口温度(t1,℃)和出口温度(t2℃);当时相应的大气压力(B,毫米汞柱)和流量计出口处的表压(Δh,毫米汞柱);电热器的输入功率(W,瓦)。
5. 根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的干湿图查出含湿量(d,克/公斤干空气),并根据下式计算出水蒸气的容积成分:

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:
千卡/秒
7. 干空气流量(质理流量)为:
公斤/秒
8. 水蒸气流量为:
 公斤/秒
9. 水蒸气吸收的热量:
千卡/秒
10. 干空气的定压比热为:
千卡/(公斤·℃)
11. 计算举例
某一稳定工况的实测参数如下:
t0=8℃;         tw=7.5℃;        B=748.0毫米汞贡柱  
t1=8℃;         t2=240.3℃;      τ=69.96 秒/10升;
Δh=16 毫米水柱;     W=41.84千瓦
查干湿图得 d=6.3克/公斤干空气(ψ=94%)

千卡/秒
    公斤/秒
   公斤/秒
千卡/秒
    千卡/(公斤·℃)
12. 比热随温度的变化关系
假定在0—300℃之间,空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系,则由t1到t2的平均比热为:
   
因此,若以 为横坐标, 为纵坐标(如图三),则可根据不同的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。

图 三
五、注意事项
1. 切勿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增骤降而破裂。
4. 停止试验时,应切断电热器,让风机继续运行十五分钟左右(温度教低时可适当缩短)。

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