工程熱力學(xué)實驗指導(dǎo)書

1、HUNANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY工程熱力學(xué)實驗指導(dǎo)書土木工程學(xué)院2009年5月19日目錄、氣體定壓比熱測量實驗、二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及關(guān)系測定實驗實驗一氣體定壓比熱測量實驗、實驗?zāi)康暮鸵?、了解氣體比熱測定裝置的基本設(shè)備與測量原理。、熟悉本實驗中的溫度測量、壓力測量、熱量測量、流量測量的方法。、掌握由基本數(shù)據(jù)計算出比熱值和求得比熱公式的方法。、分析本實驗產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。二、實驗裝置和原理實驗裝置由風機、流量計、比熱儀主體、電功率調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)等四部分組成，如圖所示，比熱儀主體如圖所示。田康DDHBsera功率調(diào)節(jié)及功率表圖實驗裝置圖比熱儀主體實驗時，被

2、測空氣由風機經(jīng)濕式氣體流量計送入比熱儀主體，經(jīng)加熱、均流、旋流、混流后流出。在此過程中，分別測定：室溫；空氣在流量計進口處的干、濕球溫度（，）；氣體經(jīng)比熱儀主體的出口溫度（）；每流過10L空氣所需的時間（分；電熱器的輸入功率（）；以及實驗時相應(yīng)的大氣壓（）和流量計出口處的表壓（A）o有了這些數(shù)據(jù)，并查用相應(yīng)的物性參數(shù)，即可計算出被測氣體的定壓比熱（）。氣體的流量由調(diào)節(jié)閥控制，氣體出口溫度由輸入電熱器的功率來調(diào)節(jié)。本比熱儀可測c以下的定壓比熱。三、實驗內(nèi)容開啟風機，調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近。調(diào)節(jié)電熱器的輸入功率，根據(jù)測得的室溫；空氣在流量計進口處的干、濕球溫度（，）；氣體經(jīng)比熱儀主體的出口

3、溫度（）；每流過10L空氣所需的時間（北電熱器的輸入功率（）；以及實驗時相應(yīng)的大氣壓（）和流量討出口處的表壓（）等數(shù)據(jù)，并查用相應(yīng)的物性參數(shù)，計算出被測氣體的定壓比熱（）四、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理、接通電源及測量儀表，將型管（測量壓力）安裝好，將出口溫度計插入混流網(wǎng)的凹槽中。、開動風機，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥，讀出每10L空氣通過流量計所需時間（&秒），使流量保持W12，式中：為T在額定值附近。、調(diào)節(jié)電熱器功率至某值可以根據(jù)下式預(yù)先估計所需電功率:電熱器輸入電功率（）；為進出口溫度差（C）可假設(shè)從C加熱到C,取個間隔，預(yù)估出;C為每流過10L空氣所需的時間（）,連續(xù)加熱進入設(shè)備的空氣，記錄加熱后的出口

4、溫度。、需要記載的數(shù)據(jù)：室溫；比熱儀進口干、濕球溫度一一即流量計的進口溫度（，C）；連續(xù)變化的出口溫度（，C）;當時相應(yīng)的大氣壓力（，）和流量計出口處的表壓（,）;電熱器的輸入功率（，）。、根據(jù)流量計進口空氣的干球溫度和濕球溫度，從濕空氣的粉濕圖查出含濕量（，（），并根據(jù)下式計算出水蒸氣的容積成分：d/622rw=1d/622、根據(jù)電熱器消耗的電功率，可算出電熱器單位時間放出的熱量（）:-WQ=34.186810、干空氣質(zhì)量流量（）為：FgV（1-rw）（Bh/13.6）104/735.5610/1000qg=RgT。29.27（t°273.15）4.6447103（1-rw）（B：

5、h/13.6）一（t0273.15）、水蒸氣流量（）為：一一4一一PV_rw(B：h/13.6)10/735.5610/1000.就47.06(t。273.15)_2.888910%w(B：h/13.6)(t0273.15)、水蒸氣吸收的熱量():t2Qw=qwt(0.11010.0001167t)dt_,、22、_=qw0.4404(t2-t)0.00005835©-&)、干空氣的定壓比熱（C）為:c0mt2t1QgQ-Qwqg(t2-播qg(t2-播、計算舉例假定某一穩(wěn)定工況的實測參數(shù)如下:c；C；C；C；T0L;查干濕圖得；（）（中）并計算其他參數(shù)如下:6.3/622=

6、0.01002716.3/622W41.84QQ=33=9.9938104.18681034.1868103PV_4.6447103(1-0.01002刀(74816/13.6)=1751410亳RgT。一69.96(8273.15)一冬孩888910項0.01002*4816/13.6)=1.10331時RJ。69.968273.15)Qw=1.103310*0.4404(240.3-8)0.00005835(240.32-82)=0.116610；C°mt2t1Q-Qw(9.9938-0.1166)勺0<八一百一0.2428(c)qg(t21)175.1U10(240.3-

7、8)、比熱隨溫度的變化關(guān)系假定在C之間，空氣的真實定壓比熱與溫度之間近似地有線性關(guān)系，則由到的平均比執(zhí)為-八。C°mt2t1t2*項同匚房t12t2t1為縱坐標，則可根據(jù)不同的溫度氾圍內(nèi)的平均比因此，若以為橫坐標，Com2熱確定截距和斜率，從而得出比熱隨溫度變化的計算式，并繪制變化關(guān)系圖，如圖所示。C0mt2kcal/(kg-C)It1+t22圖比熱隨溫度的變化五、實驗注意事項、切勿在無氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞比熱儀主體。、輸入電熱器的電壓不得超過。氣體出口最高溫度不得超過C。、加熱和冷卻要緩慢進行，防止溫度計和比熱儀主體因溫度驟增、驟降而破裂。、停止

8、試驗時，應(yīng)切斷電熱器，讓風機繼續(xù)運行分鐘左右（溫度較低時可適當縮短）實驗二二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及關(guān)系測定實驗、實驗?zāi)康暮鸵?、了解臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認識。、增加對課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。、掌握的關(guān)系的測定方法，學(xué)會用測定實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法。、學(xué)會活塞式壓力計，恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。、實驗裝置和原理整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗臺本體及其防護罩等三大部分組成，如圖所示。W1一'近，ILU本體手動油壓機n已3CL7k：/,<回JT_弭恒溫水浴圖試驗臺系統(tǒng)圖試驗臺本體如圖所示。其中一高壓容器;圖試驗臺

9、本體一玻璃杯；一壓力機；一水銀；一密封填料;一填料壓蓋；一恒溫水套；一承壓汞容器；一空間；一溫度計。對簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)、之間有：F(P,V,T)=0或t=f(p,v)()本實驗就是根據(jù)式()，采用定溫方法來測定的關(guān)系，從而找出的關(guān)系。實驗中，由壓力臺送來的壓力油進入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入預(yù)先裝了氣體的承壓玻璃管，被壓縮，其壓力和容器通過壓力臺上的活塞桿的進、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。實驗工質(zhì)的壓力，由裝在壓力臺上的壓力表讀出(如要提高精度，可由加在活塞轉(zhuǎn)盤上的平衡石去碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正)。溫度由插在恒溫水套中的

10、溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)柱的高度來測量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面不變等條件來換算得出。在準平衡狀態(tài)下，氣體的絕對壓力、比容和絕對溫度之間存在某種確定關(guān)系，即狀態(tài)方程F(P,V,T)=0理想氣體的狀態(tài)方程具有最簡單的形式：PV=RT實際氣體的狀態(tài)方程比較復(fù)雜，目前尚不能將各種氣體的狀態(tài)方程用一個統(tǒng)一的形式表示出來，雖然已經(jīng)有了許多在某種條件下能較好反映、之間關(guān)系的實際氣體的狀態(tài)方程。因此，具體測定某種氣體的、關(guān)系，并將實測結(jié)果表示在坐標圖上形成狀態(tài)圖，乃是一種重要而有效的研究氣體工質(zhì)熱力性質(zhì)的方法。在平面的狀態(tài)圖上只能表達兩個參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，故具體測定時有必要保持某一個狀

11、態(tài)參數(shù)為定值，本實驗就是在保持絕對溫度不變的條件下進行的。三、實驗內(nèi)容、測定的關(guān)系。在坐標系中繪出低于臨界溫度(C)、臨界溫度(C)和高于臨界溫度(C)的三條等溫曲線，并與標準實驗曲線及理論計算值相比較，并分析其差異原因。、測定在低于臨界溫度(C)飽和溫度和飽和壓力之間的對應(yīng)關(guān)系，并與圖中的曲線比較。、觀測臨界狀態(tài)()臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。()氣液整體相變現(xiàn)象。()測定的、等臨界參數(shù)，并將實驗所得的值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比較，簡述其差異原因。四、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理、按圖裝好實驗設(shè)備，并開啟實驗本體上的日光燈。、恒溫器準備及溫度調(diào)節(jié)：()把水注入恒溫器內(nèi)，注至離蓋

12、。檢查并接通電路，開動電動泵，使水循環(huán)對流。()在溫度控制器的控制面板上通過上下鍵設(shè)定好實驗用的溫度。()此時控制面板上視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當水溫未達到要調(diào)定的溫度時，恒溫器指示燈是亮的，當指示燈時亮時滅閃動時，說明溫度已達到所需要恒溫。0觀察玻璃水套上的溫度計，若其讀數(shù)與恒溫器上的溫度計及電接點溫度計標定的溫度一致時(或基本一致)，則可(近似)認為承壓玻璃管內(nèi)的的溫度處于所標定的溫度。()當所需要改變實驗溫度時，重復(fù)()()即可。、加壓前的準備：因為壓力臺的油缸容量比容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力臺抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失

13、誤，不但加不上壓力，還會損壞試驗設(shè)備。所以，務(wù)必認真掌握，其步驟如下：()關(guān)閉進入本體油路的閥門，開啟壓力臺上油杯的進油閥。()搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時，壓力臺油缸中抽滿了油。()先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟進入本體油路的兩個閥門。()搖進活塞螺桿，使本體充油。如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。特別應(yīng)注意以下情況，如螺桿已推進到極限位置，而壓力尚未達到所需值，必須再一次抽油加壓，此時要嚴格按以下程序操作，先關(guān)本體油路控制閥；再開油杯進油閥，使壓力表壓力降至，倒退螺桿抽油至極限位置；然后關(guān)油杯進油閥，推進螺桿逐漸加壓直到剛才所建立的油壓時才能開油路控制閥(在此以前油路控制閥

14、決不能開！)，進一步加壓。()再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進行實驗。、作好實驗的原始記錄：()設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表名稱、型號、規(guī)格、量程、精度。()常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實驗環(huán)境情況等。()測定承壓玻璃管內(nèi)質(zhì)量不便測量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積()又不易測準，因而實驗中采用間接辦法來確定的比容，認為的比容與其高度是一種線性關(guān)系。具體方法如下:)已知液體在C，時的比容(C,)0.00117m3kgo)實際測定實驗臺在C,時的液柱局度)由于：()。(注意玻璃管水套上刻度的標記方法)/hoA3|(C,)=0.00117m/kgm所以:m_A一0.0

15、01172=K(kg/m)其中：K即為玻璃管內(nèi)的質(zhì)面比常數(shù)。所以，任意溫度、壓力下的比容為：hhv=一m/AK式中：h=h-h0h任意溫度、壓力下水銀高度h°承壓玻璃管內(nèi)徑頂端高度。(注意：此值不能遺忘)、測定低于臨界溫度C時的定溫線。()將恒溫器調(diào)定在C,并保持恒溫。()壓力從開始，當玻璃管內(nèi)水銀柱升起來后，應(yīng)足夠緩慢地搖進活塞螺桿，以保證定溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準。()按照適當?shù)膲毫﹂g隔取值，直至壓力。()注意加壓后的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度之間的對應(yīng)關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表。、測定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。（）

16、按上述方法和步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界壓力和臨界比容，并將數(shù)據(jù)填入表。（）觀察臨界現(xiàn)象。臨界溫度指氣體能通過加壓壓縮成液態(tài)的最高溫度，當溫度高于臨界溫度時，無論加多大的壓力也不能使氣體液化。理論上的臨界溫度是31.1C,故實驗時溫度在此附近時，通過不斷地加壓能看到某一壓力（理論上是，實驗誤差等影響可能是在其附近）看到水銀柱上面出現(xiàn)少許白霧（液化）隨后加壓白霧消失，無論再怎么加壓也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象。當實驗溫度低于31.1C時，一直加壓會出現(xiàn)少許液體，這是氣液共存現(xiàn)象。當溫度高于C時，無論怎么加壓也不會出現(xiàn)液化現(xiàn)象，當然如果此時忽然卸壓會出現(xiàn)少許液化，這是因為突然降壓，絕熱降溫造成的。、測定高于臨界溫度C時的定溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表。表等溫實驗原始記錄CC（臨界）C()A現(xiàn)象()現(xiàn)象()現(xiàn)象進行等溫線實驗所需時間分鐘分鐘分鐘、按表的數(shù)據(jù)，如圖在坐標系中畫出三條等溫線。、將實驗測得的等溫線與圖所示的標準等溫線比較，并分析它們之間的差異及原因。、將實驗測得的飽和溫度與壓力的對應(yīng)值與圖給出的曲線相比較。、將實驗測定的臨界比容與理論計算值一并填入表，并分析它們之間的差異及其產(chǎn)生誤差的原因。表臨界比容（）標準值實驗值1"|k.痛'|1¥1-1、1