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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.