实验一：气体定压比热容测定

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；计算中乃至比热及混合气体（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

装置由见机、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。

实验时，被测空气（也可以是其它气体）由见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（to、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差（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力（B）和流量计出口处的表压（

△h ）。有了这些数据，并查相应的物性参数，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口器的功率来调节。 本比热仪可测300℃以下的定压比热。

图二 比热仪主体

三、实验步骤

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度（to ）。

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。可根据下式预先估计所需电功率。

12

t

W τ∆≈ 式中：W 为电热器输入功率（W ）；△t 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的时间（τ，秒）；比热仪进口温度－即流量计的出口温度（t

1，℃）和出口温度（t2，℃）；当时相应的大气压力（B ，mmHg ）和流量计出口处的表压力（△h ，mmHg ）；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，从湿空气的干湿图中查出含湿量（d ，g/kg 干空气），并根据下式计算出水蒸气的容积成分：

622

1622w d r d =

+

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。

3

/4.186810W Q Kcal s

⋅

=

⨯

7、干空气流量（质量流量）为：

43(1)(/13.6)10/735.5610/100029.27(273.15)

4.644710(1)(/13.6)(273.15)

g w g g o o w o P V

t B h G R T t t B h t τ

τ⋅

--+∆⨯⨯==

+⨯-+∆=

+ /kg s

8、水蒸气流量为：

43(/13.6)10/735.5610/100047.06(273.15)

2.888910(/1

3.6)(273.15)

w w w w o o w o P V t B h G R T t t B h t ττ⋅

-+∆⨯⨯==

+⨯+∆=

+ /kg s

9、水蒸气吸收的热量：

2

1

22

2121(0.11010.0001167)0.4404()0.00005835()w w w Q G t dt

G t t t t =+⎡⎤=-+-⎣⎦

⎰ /kcal s

10、干空气的定压比热为：

21

2121()

()

t

g w t g g Q Q Q C G t t G t t -=

=

--

/o

kcal kg C ⋅ 11、计算举例

假定某一稳定工况的实测参数如下：

8o o t C

=；

7.5o w t C

=；748.0B mmHg

=

18o t C

=；

2240.3o t C

=；69.96/10s τ=升

16h mmHg ∆=；41.84W KW =

查干湿图得 6.3/94%d g kg ψ=干空气（＝）

6.3622

0.010027

1 6.3622w r =

+＝

3

3

41.849.993810

/4.186810Q Kcal s

⋅

-=

⨯⨯＝

36

4.644710(10.010027)(74816/13.6)17

5.1410/69.96(8273.15)g G kg s

--⨯-+==⨯+

36

2.8889100.010027(74816/1

3.6) 1.103310/69.96(8273.15)w G kg s

--⨯+==⨯+

622

31.1033100.4404(240.38)0.00005835(240.38)0.116610/w Q Kcal s

--⎡⎤=⨯⨯-+-⎣⎦

=⨯

2

1

33

69.9938100.1166100.2428/175.1410(240.38)

t o t C kcal kg C

---⨯-⨯==⋅⨯⨯

-

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：

2

1

2

21

1

21()()

2t om t

a bt dt t t C a b

t t ++=

=+-⎰

因此，若以212t t +为横坐标，2

1

t

om t C 为纵坐标，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。 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℃。