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空气定压比热测定实验

实验采用定流法测定空气的平均定压比热容,即让气体流过量热器时被加热,由量热器测定气体的吸热量。测试中涉及温度、压力、热量、流量等基本量的测量。计算中用到比热及混合气体(湿空气)方面的基本知识。
一、实验目的
1、了解气体比热容测定装置的基本原理;
2、掌握本实验中的测试方法;
3、掌握由实验原始数据,按照比热容公式计算出比热容值的方法;
4、分析本实验产生误差的原因及可能改进的措施。
二、实验原理
气体定压比热容定义为
空气定压比热测定实验                                  (2-1)
在没有对外界做功的气体的等压流动过程中,空气定压比热测定实验,则气体的定压比热容可以表示为
空气定压比热测定实验                                (2-2)
当气体在此等压过程中由温度t1加热至温度t2时,气体在此温度范围内的平均定压比热容值可由下式确定
空气定压比热测定实验      KJ/(Kg ∙℃)            (2-3)
式中    空气定压比热测定实验 ― 气体的质量流量,Kg/s
空气定压比热测定实验― 气体在等压流动过程中的吸热量,KJ/s
在离室温不很远的温度范围内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性,即可近似表示为
空气定压比热测定实验                                   (2-4)
三、实验装置
测定空气定压比热容的实验装置如图2-1所示。风机将一定量的空气连续不断地经湿式流量计送入比热仪本体,比热仪中设有电加热器,空气经加热后又由比热仪内排出。
空气定压比热测定实验
空气定压比热测定实验
图2-2  比热仪本体
1-多层杜瓦瓶;2-电加热器;3-均流网;4-绝缘垫;5-施流片;6-混流网;7-出口温度计
比热仪本体如图2-2所示。它是由内外壁镀银的真空杜瓦瓶1、电加热器2、均流网3、绝缘垫4、施流片5、混流网6等组成。当比热仪出口温度空气定压比热测定实验稳定时,则可认为电加热器放出的热量全部被流经的气体吸收。电加热器放热量的大小由直流稳压电源进行调节,功率由功率表进行测量w。比热仪的进出口分别设有温度计与高精度测温传感器,以测量进口温度空气定压比热测定实验和出口温度空气定压比热测定实验。空气的流量由湿式流量计进行测量。进入比热仪气流的压力则由流量计出口U型差压计进行测量。空气量则由节流阀进行调整。
 
四、实验步骤
1、经辅导教师指导接好加热电路和空气流通管路。
2、经辅导教师检查后,将调加热调节旋钮调制在零位,打开风机开关,调整节流阀开度,
使空气流量达规定值附近。
3、装上湿式流量计上的温度计和U型差压计。
4、调整加热器的功率(电压值和电流值),开始进行加热。
5、待比热仪出口温度空气定压比热测定实验稳定不变后(出口温度在6min之内无变化或有微小起伏即可视为稳定),记录此工况下的实验数据。
6、改变加热器电压(即工况变化)待空气定压比热测定实验再次稳定时,记录另一工况下的实验数据。
7、比热仪出口温度空气定压比热测定实验最高为300℃。即可测300℃以下的气体定压比热。【注:实验时禁止超过300℃否则会损坏杜瓦瓶】
8、实验完结,先将加热功率下降至零(即断开加热器电源),让风机继续运行10~15分钟,待比热仪温度降低后再停止风机运行。
五、数据整理
1、当系统达到稳定工况时,电加热器放出的热量可认为基本被空气所吸收,即气体在等压流动过程中的吸热量为:
Q=W  W                               (2-5)
2、每秒通过实验装置空气流量
(1)空气容积流量          
   空气定压比热测定实验           (2-6)
(2)标准状态下的空气容积流量
     空气定压比热测定实验              (2-7)
式中    p—比热仪内气压,空气定压比热测定实验
     空气定压比热测定实验
空气定压比热测定实验
4、列表表示平均比热容与温度的关系。
5、用作图法确定(2-4)式中的常数和值,其计算方程式则表示空气平均定压比热与温度的关系。作图法是以为空气定压比热测定实验横坐标,空气定压比热测定实验为纵坐标,则可根据不同温度范围内的平均比热确定截距和斜率,从而得到比热随温度的变化的计算式。
 
空气定压比热测定实验
 
六、注意事项
1、切勿在无气流通过的情况下使电加热器投入工作,以免引起局部过热而损坏比热仪本体。
2、输入电加热器的电压不得超过220V,气体出口最高气温空气定压比热测定实验≤300℃。
3、加热和冷却要缓慢进行,防止温度计和比热仪本体因温变过快而断裂。
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)。
七、实验测试数据(包括实测值,计算过程,绘制曲线)

序号 参数 公式及符号 单位 工况
1 2 3 4 5
1 加热器功率
(吸收的热量)
Q W          
2 大气压力 空气定压比热测定实验 空气定压比热测定实验          
3 流量计中气体压力 空气定压比热测定实验 mmH2O          
4 比热仪气流流过10公升的时间 t S          
5 比热仪气流入口温度 空气定压比热测定实验          
6 比热仪气流出口温度 空气定压比热测定实验          
7 空气定压比热 Cp J/(kg.k)          



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