圆球导热系数、中温法向实验指导书、气体定压比热、空气绝热指数供参习.doc

实验 气体定压比热测定 一、实验目的 了解气体比热测定装置的基本原理和装置结构。 熟悉本实验中温度、压力、热量、流量的测量方法。 掌握由测量数据计算定压比热的方法。 分析本实验中误差产生的原因及减小误差的可能途径。 二、实验原理 根据定压比热的概念，气体在℃时的定压比热表示为 （1） 当式（1）的温度间隔为无限小时，即为某一温度时气体的真实定压比热（由于气体的定压比热随温度的升高而增大，所以在给出定压比热的数值时，必须指明是哪个温度下的定压比热）。如果已得出的函数关系，温度由至的过程中所需要的热量即可按下式求得： （2） 上式采用逐项积分来求热量十分复杂。在本实验的温度测量范围内（不高于300℃），空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性，即可表示为： （3） 则温度由至的过程中所需要的热量可表示为： （4） 由加热到的平均定压比热容则可表示为： （5） 实验中，通过实验装置是湿空气，当湿空气气流由温度加热到时，其中水蒸气的吸热量可用式（4）计算，其中，，则水蒸气的吸热量为： （6） 式中：——气流中水蒸气质量，kg/s。 则干空气的平均定压比热容由下式确定： （7） 式中：为湿空气气流的吸热量。 实验装置中采用电加热的方法加热气流，由于存在热辐射，不可避免地有一部分热量散失于环境，其大小取决于仪器的温度状况。只要加热器的温度状况相同，散热量也相同。因此，在保持气流加热前、后的温度仍为和的前提下，当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时，每次的散热量是相同的。于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。设两次测定时的气体质量流量分别为和，加热器的加热量分别为和，辐射散热量为，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系： 两式相减消去项，得到： （8） 三、实验装置 实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统如图1所示。装置中采用湿式流量计2测定气流流量，采用小型鼓风机7作为气源设备，气流流量用节流阀1调整，电加热量使用调压变压器5进行调节，并用功率表4测量。 图1测定空气定压比热容的实验装置 1-节流阀；2-流量计；3-比热仪本体；4-功率表；5-调压变压器；6-稳压器；7-风机 比热容测定仪本体（图2）由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、温度计1和8（铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）、电加热器3、均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，温度计1测量空气进口初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，温度计8测量出口温度。该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。 四、实验数据处理方法 实验中需要测定干空气的质量流量、水蒸气的质量流量、电加热器的加热量（即气流吸热量）和气流温度等数据，测定方法如下： 1.干空气的质量流量和水蒸气的质量流量 首先，在不启动电加热器的情况下，通过节流阀把气流流量调节到实验流量值附近，测定流量计出口的气流温度（由流量计上的温度计测量）和相对湿度。根据与值，由湿空气的焓湿图确定含湿量，并计算出水蒸气的容积成分： （9） 于是，气流中水蒸气的分压力为 （10） 式中：——流量计中湿空气的绝对压力，Pa： （11） 式中：—当地大气压，kPa；由大气压力计读取。 —流量计上U型管压力计读数，mm水柱； 调节变压器到适当的输出电压，开始加热。当实验工况稳定后，测定流量计每通过单位体积气体所需要的时间以及其它数据。水蒸气的质量流量计算如下： （12） 式中：——水蒸气的气体常数： （13） ——绝对温度，K。 干空气的质量流量计算如下： （14） ——干空气的气体常数： （15） 2.电加热器的加热量 电热器加热量可由功率表读出，功率表的读数方法详见说明书。 （16） 式中：——功率表读数，W； 3.气流温度 气流在加热前的温度为大气温度，用室内温度计测量；加热后的温度由比热容测定仪上的温度计测量。 五、实验步骤 启动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测量流量计出口空气的干球温度和湿球温度。 启动调压变压器，调节到合适的电压，使出口温度计读数升高到预计温度。（可根据下式预先估计所需电功率：，式中：W为电功率（W），为进出口温差（℃），为每流过10升空气所需的时间（s）。 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： 10升气体通过流量计所需时间τ（s）； 比热仪进口温度t1（