工程热力学实验指导书讲述.doc

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。 图1 实验装置 图2 比热仪主体 实验时，被测空气由风机经湿式气体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：室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t1，t1w）；气体经比热仪主体的出口温度（t2）；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（cpm）。 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（t1，t1w）；气体经比热仪主体的出口温度（t2）；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（cpm）。 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：，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t0；比热仪进口干、湿球温度——即流量计的进口温度（t1，t1w，℃）；连续变化的出口温度（t2，℃）；当时相应的大气压力（B，mmHg）和流量计出口处的表压（Δh，mmH2O）；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： 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）： 7、干空气质量流量（kg/s）为： 8、水蒸气流量（kg/s）为： 9、水蒸气吸收的热量（kcal/s）： 10、干空气的定压比热（kcal/（kg·℃））为： 11、计算举例 假定某一稳定工况的实测参数如下： t0=8℃； t1=8℃； t1w=7.5℃； B=748.0mmHg； t2=240.3℃； τ=69.96 s/10L； Δh=16mmH2O； W=41.84kW； 查干湿图得 d=6.3g/kg(a)（=94%）并计算其他参数如下： kcal/s kg/s kg/s kcal/s kcal/(kg·℃) 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，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，并绘制变化关系图，如图3所示。 图3 比热随温度的变化 五、 实验注意事项 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220V。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15分钟左右（温度较低时可适当缩短）。 实验二 二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验 一、实验目的和要求 1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。 2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和