熱工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(2009.2)

熱工實(shí)驗(yàn)指 導(dǎo) 書唐慕萱 王素美 姜慧娟東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院二OO九年二月目錄27—11192426303439495256實(shí)驗(yàn)一 空氣定壓比熱容測(cè)定2.學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)中所涉及的各種參數(shù)的測(cè)量方法， 掌握由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱容數(shù)值和比熱容關(guān)系式的方法。學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)中所用各種儀表的正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理由熱力學(xué)可知，氣體定壓比熱容的定義式為hcp()p（1）TdhdQp在沒有對(duì)外界作功的氣體定壓流動(dòng)過程中，,此時(shí)氣體的定壓比熱容可M表示為cp1Q（2）M()pT當(dāng)氣體在此定壓過程中由溫度t1被加熱至t2時(shí)，氣體在此溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱容可由下式確定cpmt2Qp(kJ/kg℃)(3)t1M(t2t1)式中，M—?dú)怏w的質(zhì)量流量，kg/s;Qp—?dú)怏w在定壓流動(dòng)過程中吸收的熱量， kJ/s。大氣是含有水蒸汽的濕空氣。 當(dāng)濕空氣由溫度 t1被加熱至 t2時(shí)，其中的水蒸汽也要吸收熱量，這部分熱量要根據(jù)濕空氣的相對(duì)濕度來確定。如果計(jì)算干空氣的比熱容，必須從加熱給濕空氣的熱量中扣除這部分熱量，剩余的才是干空氣的吸熱量。低壓氣體的比熱容通常用溫度的多項(xiàng)式表示，例如空氣比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式為472163cp1.023191.7601910T4.0240210T4.8726810T(kJ/kgK)式中T為絕對(duì)溫度，單位為K。該式可用于250～600K范圍的空氣，平均偏差為0.03%，最大偏差為0.28%。在距室溫不遠(yuǎn)的溫度范圍內(nèi)，空氣的定壓比熱容與溫度的關(guān)系可近似認(rèn)為是線性的，即可近似的表示為cpABt（4）由t1加熱到 t2的平均定壓比熱容則為t2t2ABtt1t2Btm(5)cpmt1t1t2dtABAt12這說明，此時(shí)氣體的平均比熱容等于平均溫度tm=(t1+t2)/2時(shí)的定壓比熱容。因此，可以對(duì)某一氣體在n個(gè)不同的平均溫度tmi下測(cè)出其定壓比熱容cpmi，然后根據(jù)最小二乘法原理，確定tmicpmitmicpmi2tmiA22（6）(tmi)ntmitmicpmintmicpmiB2n2（7）(tmi)tmi從而便可得到比熱容的實(shí)驗(yàn)關(guān)系式。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖 1 實(shí)驗(yàn)裝置圖整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由風(fēng)機(jī)、流量計(jì)、測(cè)試比熱容儀器本體、電功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及測(cè)量系統(tǒng)共四部分組成，如圖 12.比熱容儀器本體由圖

所示。2所示?？諝猓ɑ蚱渌鼩怏w）由風(fēng)機(jī)經(jīng)流量計(jì)送入比熱容儀本體，經(jīng)加熱、均流、旋流、混流、測(cè)溫后流出。 氣體流量由節(jié)流閥控制， 氣體出口溫度由輸入電加熱器的電壓調(diào)節(jié)。該比熱容儀可測(cè)量300℃以下氣體的定壓比熱容。圖2比熱容儀本體圖四、實(shí)驗(yàn)步驟按圖1所示接好電源線和測(cè)量儀表。經(jīng)指導(dǎo)教師認(rèn)可后接通電源，將選擇所需的出口溫度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹槽中。小心取下流量計(jì)上的溫度計(jì)。開動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)流閥，使流量保持在預(yù)定值附近，測(cè)出流量計(jì)出口處的干球溫度

t

a和濕球溫度

t

w。3.將溫度計(jì)放回原位。

調(diào)節(jié)流量， 使它保持在預(yù)定值附近。

調(diào)節(jié)電壓， 開始加熱（加熱功率的大小取決于氣體流量和氣流進(jìn)出口溫度差，可依據(jù)關(guān)系式

Q=K12

t

/

τ進(jìn)行估算，式中

Q

為加熱功率，

W；

t

為比熱容儀本體進(jìn)出口溫度差，℃；

τ為每流過10升空氣所需要的時(shí)間 ,s ；K為設(shè)備修正系數(shù) ）。4.待出口溫度穩(wěn)定后 （出口溫度在 10分鐘內(nèi)無變化或有微小變化， 即可視為穩(wěn)定） ，即可采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。需采集的數(shù)據(jù)有：(1)每10升氣體通過流量計(jì)時(shí)所需的時(shí)間 τ（s）；(2)比熱容儀進(jìn)口溫度 t 1（℃）與出口溫度 t 2（℃）；(3)當(dāng)時(shí)大氣壓力 B（mmHg）和流量計(jì)出口處的表壓力 h（mmH2O）；(4)電加熱器的電壓 U（V） 和電流 I(A) ；5.改變電壓，使出口溫度改變并達(dá)到新的預(yù)定值，重復(fù)步驟 4。在允許的時(shí)間內(nèi)可多做幾次實(shí)驗(yàn)。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入所列的原始數(shù)據(jù)表中。五、計(jì)算公式1.根據(jù)流量計(jì)出口處空氣的干球溫度 ta和濕球溫度 tw，在干濕球溫度計(jì)上讀出空氣的相對(duì)濕度 φ，再從濕空氣的焓濕圖上查出濕空氣的含濕量 d(g水蒸汽 / kg干空氣)，計(jì)算出水蒸汽的容積成分 rw電加熱器消耗的功率可由電壓和電流的乘積計(jì)算，但要考慮電流表的內(nèi)耗。如電壓表和電流表采用圖 1所示的接法， 則應(yīng)扣除電流表的內(nèi)耗。 設(shè)電流表的內(nèi)阻為 RmA(Ω)，則可得電加熱器單位時(shí)間放出的熱量2 3Q (U I 0.001RmAI ) 10 kJ/s干空氣流量為pgVMgRgTa(1rw)(Bh/13.6)133.320.01/kg/s287(ta273.15)4.645103rw)(Bh/13.6)(1(ta273.15)水蒸汽流量為pwVMwRwTarw(Bh/13.6)133.320.01/kg/s461.5(ta273.15)2.8893h/13.6)10rw(B(ta 273.15)水蒸汽吸熱量為t2QwMw(1.8440.0004886t)dtt1kJ/sMw1.844(t222t1)0.0002443(t2t1)干空氣吸熱量為六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求簡述實(shí)驗(yàn)原理，簡介實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)并畫出簡圖。實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表，計(jì)算過程及計(jì)算結(jié)果。3.將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示在cpm——tm的坐標(biāo)圖上，用（6）和（7）式確定、，確定平AB均定壓比熱容與平均溫度的關(guān)系式（5）和定壓比熱容與溫度的關(guān)系式（4）。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。七、注意事項(xiàng)1.切勿在無氣流通過的情況下使加熱器投入工作，

以免引起局部過熱而損壞比熱容儀本體。2.輸入加熱器的電壓不得超過

220伏，氣體出口最高溫度不得超過

300℃。加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止比熱容儀本體和溫度計(jì)因溫度驟升或驟降而損壞。停止實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先切斷電加熱器，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)工作十五分鐘左右。八、思考題如何在實(shí)驗(yàn)方法上考慮消除電加熱器熱損失的影響？用你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明加熱器的熱損失對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響怎樣？測(cè)定濕空氣的干、濕球溫度時(shí)，為什么要在濕式流量計(jì)的出口處而不在大氣中測(cè)量？在本實(shí)驗(yàn)裝置中，如把濕式流量計(jì)連接位置改在比熱容儀器的出口處，是否合理？為什么？實(shí)驗(yàn)二 空氣絕熱指數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)測(cè)量空氣絕熱指數(shù)的方法。通過實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)運(yùn)用