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气体定压热容测量
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。计算中用到混合气体(湿空气)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。
一、实验目的
1、掌握气体比定压热容的测量原理及其测量装置;
2、掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法;
3、掌握由基本数据计算比热值和比热公式的方法;
4、分析实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
二、实验原理
根据气体平均比热定压热容定义,当气体在定压加热过程中温度由t1升到t2时,其平均比定压热容值可以由下式确定:
式中:—湿空气在定压加热过程中的吸热量,J/s;
qm—湿空气的质量流量,kg/s;
(t1-t2)—湿空气在定压加热前后的温差,℃。
湿空气是干空气和水蒸气的混合物,当湿空气中水蒸气含量较少,分压力较低时,水蒸气可以当作理想气体处理。显然,当已知湿空气中水蒸气的吸热量Qv时,干空气的比定压热容可由下式确定:
式中:Qp—湿空气在定压加热过程中的吸热量,J/s;
Qv—水蒸气的吸热量,J/s;
qm,a—干空气的质量流量,kg/s。
提示:水蒸气的比定压热容可由如下经验公式确定:
式中:tv-水蒸气的温度℃
三、实验装置
(如图2-1)所示本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。实验时,被测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。比热仪主体构造如图2-2所示。气体的流量由节流阀调节,比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。比热仪可测200℃
图1.1为比热仪装置示意图。
1.比热仪主体2.风机3.加湿器4.出口温度计5.进口温度计6.风管压力7.孔板流量
8.气体流量调节阀9.湿度传感器10.显示11,电功率调节12.加湿器开关
13.电源开关14.湿度调节
四、实验及实验数据处理步骤
1、接通电源及测量仪表。
2、调节阀全开。
3、开动风机,调节调节阀,使流量计保持在实验要求值附近。测出空气湿度(根据实验要求调节湿度调节旋钮来调节湿度大小)可以根据下式预先估计所需电功率:
式中:W-电功率(W);
-进出口温度差(℃);
-每流过10升空气所需时间(s)。
4、待出口温度稳定后(出口温度在10分钟之内无变化或变化微小起伏,即可视为稳定),读出下列数据:比热仪进口温度(,℃)和出口温度(,℃);风压(Pa,Pa);电热器的电功率(W,W);相对湿度(,%);室温(t3,℃);风管直径(D,m)
风管温度(t。℃)
5、根据室温计算出饱和湿空气中水蒸气分压力Ps,
(Ps)=2/15exp[18.5916-3991011/(t+233.84)]
6,根据相对湿度计算出含湿量(d,g/Kg)
d=0622Ps/(p-Ps)
7,并根据下式计算出水蒸汽的成分:
8、电热器消耗得功率可由瓦特表读出,则可得电热器单位时间放出得热量为:
Q=W×401868×10KW
9,根据风压求流量
风速(u)=[2×风压(P)/ρ]开根号
流量(v)=面积×风速(u)=3.14×(D/2)的平方×[2×风压(Pa)/ρ]开根号
10、干空气流量为:
Gg=Pg×v/(Rg×To)=(1-rw)×{大气压(P)+风压}×流量/{29.27×(t。+273.15)}kg/s
11、水蒸汽流量为:
Gw=Pw×v/(Rw×To)=rw×{大气压(P)+风压}×流量/{47.06×(t。+273.15)}
kg/s
12、水蒸汽吸收得热量为:
?Qw=Gw×{0.4404(t2—t1)+0(t2平方-t1平方)}×401868
kJ
13、干空气得定压比热为:
?Cmp=(Q-Qw)/Gg(t2—t1)kJ/(kg·℃)
14,测量数据
=29.9℃,=74.7℃,t。=30℃,Pa=3767Pa,=30,t3=25℃,
15,计算结果
Ps=3170pad=0.59g/KgRw=.000948Q=18.5×4.
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