热工实验指导书.doc

1.1 气体定压比热测定实验 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；计算中用到比热及混合气体（混空气）方面的知识。本实验的目的是增加热物性研究方面的感性认识，促使理论联系实际，以利于培养同学分析问题和解决问题的能力。 一、实验目的和要求 1. 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。 2. 熟悉本实验中的测温、测压、测热、测流量的方法。 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 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（如图一所示）。 图一 实验装置 比热仪主体如图二所示。 图二 比热仪主体 实验时，被测空气（也可以时其它气体）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：空气在流量计出口处的干、湿球温度（t0，tw由于是湿式气体流量计，实际为饱和状态）；气体经比热仪主体的进出口温度（t1，t2）；气体的体积流量（V）；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）。 气体的流量由节流阀控制，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、实验步骤和数据处理 1. 接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。 2. 摘下流量计上的温度计，开动风机， 调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（t0）。 3. 将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电热器功率，使出口温度升高至预计温度（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（瓦）；Δt为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升空气所需的时间（秒））。 4. 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，每10升空气通过流量计所需时间（τ,秒）；比热仪进口温度——即流量计的出口温度（t1,℃）和出口温度（t2℃）；当时相应的大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh，毫米水柱）；电热器的输入功率（W，瓦）。 5. 根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度,从湿空气的干湿图查出含湿量(d,克/公斤干空气)，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： 千卡/秒 7. 干空气流量（质量流量）为： 公斤/秒 8. 水蒸气流量为： 公斤/秒 9. 水蒸气吸收的热量： 千卡/秒 10. 干空气的定压比热为： 千卡/（公斤·℃） 11. 计算举例 假定某一稳定工况的实测参数如下： t0=8℃； tw=7.5℃； B=748.0毫米汞贡柱 t1=8℃； t2=240.3℃； τ=69.96 秒/10升； Δh=16 毫米汞柱; W=41.84千瓦 查干湿图得 d=6.3克/公斤干空气（ψ=94%） 千卡/秒 公斤/秒 公斤/秒 千卡/秒 千卡/（公斤·℃） 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（如图三），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。 图 三 四、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220伏。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，让风机继续运行十五分钟左右（温度教低时可适当缩短）。 1.2 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定 一、实验目的 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、饱和状态等基本概念的理解。 3、掌握CO2的p-v-t关系的测