实验一气体定压比热测量一、实验目的1、掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置：2、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及计算方法；3、了解影响比热容测量精度的因素。二、实验原理根据气体平均定压比热定义，当气体在定压加热过程中温度由ti升到t2时，其平均定压比热值可以由下式确定：OpCpml-m(t2-4）J/(kg.C)式中：2p一湿空气在定压加热过程中的吸热量J / sQm一湿空气的质量流量kg / s(t-t2）一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，0,-0,Cmal2=-qma(tz-t) J/(kg.℃)式中:干空气的定压比热可由下式确定：2p一湿空气在定压加热过程中的吸热量J/sQv一水蒸气的吸热量J/sAma一干空气的质量流量kg/ s提示：水蒸气的定压比热可由如下经验公式确定：cpV=1.8439+0.0004886t J/(kg.C)式中：t一水蒸气的温度℃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2一2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300℃以下气体的比定压热容。四、实验及实验数据处理步骤
1 实验一 气体定压比热测量 一、实验目的 1、掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置； 2、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及计算方法； 3、了解影响比热容测量精度的因素。 二、实验原理 根据气体平均定压比热定义，当气体在定压加热过程中温度由 t1 升到 t2 时，其平均定 压比热值可以由下式确定： J／(kg.℃) 式中： －湿空气在定压加热过程中的吸热量 J／s －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， 干空气的定压比热可由下式确定： J／(kg.℃) 式中： －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 －干空气的质量流量 kg／s 提示：水蒸气的定压比热可由如下经验公式确定： cpv=1.8439+0.0004886 t J／(kg.℃) 式中：t－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 300℃以下气体的比定压热容。 四、实验及实验数据处理步骤
1、接通电源，开动风机，调节节流阀，使湿空气流量保持在预定值附近。2、逐渐调整加热功率，使湿空气出口温度计升高到预定温度，所需功率可以根据下列关系式预先估计：P =12式中：P一功率表读数W；Ni-比热仪进出口温差℃；T一每流过10升湿空气所需的时间：3、待被测湿空气达到稳定状态后，测量如下参数：（1）t-每流过 10升湿空气所需的时间 s（2）P-功率表读数W（3）t，t2一湿空气的进、出口温度℃（4）干球温度/湿球温度℃（5）pe一流量计出口处压差mmH20（6）pb一大气压力Pa4、适当改变加热功率（湿空气出口温度），重复步骤3。】5、根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，确定相对湿度Φ=94%，从湿空气的恰湿图查出含湿量（d,g/kg干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分：d/622r.:1+d /6226、电热器消耗的功率可由功率表读出Q，（未考虑电表的内耗)。7、干空气流量为：104+ * 10010(1-r)(B+Pqmg:29.97(t。 + 273.15)R.T.4.6447 ×10- (1 - r)(B + △h /13.6)t(t。+273.15)kg/s8、水蒸气流量为：10410AhT.(B+36)*P.i735.56*1000qmR.T.47.06(to +273.15)2.8889×10-r.(B+Nh/13.6)t(t +273.15)kg/s
2 1、接通电源，开动风机，调节节流阀，使湿空气流量保持在预定值附近。 2、逐渐调整加热功率，使湿空气出口温度计升高到预定温度，所需功率可以根据下列关系 式预先估计： 式中：P－功率表读数 W ; －比热仪进出口温差 ℃; －每流过 10 升 湿空气所需的时间 s 3、待被测湿空气达到稳定状态后，测量如下参数： （1） －每流过 10 升湿空气所需的时间 s （2）P －功率表读数 W （3）t1，t2－湿空气的进、出口温度 ℃ （4）干球温度/ 湿球温度 ℃ （5）pe－流量计出口处压差 mmH2O （6）pb－大气压力 Pa 4、适当改变加热功率（湿空气出口温度），重复步骤 3。] 5、根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，确定相对湿度φ=94%, 从湿空气的焓湿图 查出含湿量（d,g/kg 干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分： 1 / 622 / 622 d d r w + = 6、电热器消耗的功率可由功率表读出 ，（未考虑电表的内耗）。 7、干空气流量为： ( 273.15) 4.6447 10 (1 )( /13.6) 29.97( 273.15) 1000 10 735.56 10 ) 13.6 (1 )( 0 3 0 4 0 . + − + = + − + = = − • • t r B h t h r B R T P V q w w g g m g kg/s 8、水蒸气流量为： ( 273.15) 2.8889 10 ( /13.6) 47.06( 273.15) 1000 10 735.56 10 ) 13.6 ( 0 3 0 4 0 . + + = + + = = − • • t r B h t h r B R T P V q w w w w mw kg/s
9、蒸气吸收的热量为：Cw= q.「(1.8439+0.0004886t)dt= qm.[1.8439(tz -t))+0.0002443(t? - t)kw10、干空气的定压比热为：00-0.Cpml3 =qmg(t2 -t) qmg(t2 -t)kJ/ (kg.k)11、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的有线性关系则由ti到t的平均比热为：[" (a + bt)dta+6+2Cpnt-tr21+t2Cmlr为纵坐标（图三)，则可根据不同温度范围内因此，若以2为横坐标，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1.05Cpm(kj/kg. k)1. 031.010.99(t+t)/20.97(℃)0.95501001502000
3 9、 蒸气吸收的热量为： q t t t t k w Q q t dt mw t t w mw 1.8439( ) 0.0002443( ) (1.8439 0.0004886 ) 2 1 2 2 1 2 . 2 1 = − + − = + • • • 10、 干空气的定压比热为： ( ) ( ) 2 1 2 1 2 1 q t t Q Q q t t Q C mg w mg g t t pm − − = − = • • • • • k J/（kg.k） 。 11、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的有线性关系。 则由 t1 到 t2 的平均比热为： 2 ( ) 1 2 2 1 2 1 2 1 t t a b t t a bt dt C t t t t pm + = + − + = 因此，若以 2 1 2 t + t 为横坐标， 2 1 t t Cpm 为纵坐标（图三），则可根据不同温度范围内 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 0.95 0.97 0.99 1.01 1.03 1.05 0 50 100 150 200 (t1+t2)/2 (℃) Cpm (kj/kg.k)
热仪主压变压2208220V图2-1比热仪全套装置图温度计层杜瓦瓶冷空气图 2-2 比热仪主体示意图
4 图 2－2 比热仪主体示意图
五、实验报告实验报告中应包括如下内容：1、实验目的；2、实验原理及方法论述；3、实验数据记录表：4、实验数据处理及计算过程；5、实验结果：6、千空气的实验结果与教材中给出的准确数值的比较分析，产生测试误差原因的分析讨论。实验原始记录表流量计出口口温度出口温度气压力干球温度湿球温度电功器流量系数处压差符号单位mmHgmmH202六、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，气流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升和骤降而破裂。4、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）
5 五、实验报告 实验报告中应包括如下内容： 1、实验目的； 2、实验原理及方法论述； 3、实验数据记录表； 4、实验数据处理及计算 过程； 5、实验结果；6、干空气的实验结果与教材中给出的准确数值的比较分析，产生测 试误差原因的分析讨论。 实验原始记录表 项目 入口温度 出口温度 电功率 流量系数 大气压力 流量计出口 处压差 干球温度 湿球温度 符号 t1 t2 P τ B Δh tg tw 单位 ℃ ℃ w mmHg mmH2O ℃ ℃ 1 2 3 六、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，气流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升和骤降而破裂。 4、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）