工程熱力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

《工程熱力學(xué)》課堂實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐指導(dǎo)書課程中文名稱：工程熱力學(xué)課程英文名稱：EngineeringThermodynamics課程編號(hào)：020060050適用專業(yè)：新能源科學(xué)與工程學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)分?jǐn)?shù)：3課程類別：專業(yè)課程應(yīng)開課學(xué)期：第三學(xué)期實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐一：空氣PVT關(guān)系實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：4實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：5人/組一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的1.測(cè)定二氧化碳的P-V-T關(guān)系，觀察臨界現(xiàn)象：①臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。②氣液整體相變現(xiàn)象。③測(cè)定CO2的pc、vc、tc等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得的vc值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡(jiǎn)述其差異原因。二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容1.測(cè)定CO2的P-V-T關(guān)系，在P-V坐標(biāo)中繪出t為20℃，27℃，31.1℃，50℃四種等溫曲線，與標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)曲線及克拉貝隆方程和范德瓦爾方程的理論計(jì)算值相比較并分析差異原因。2.測(cè)定在不同壓力下飽和蒸汽和飽和液體的比容（或密度）及飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。觀察凝結(jié)和汽化過程及臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊的現(xiàn)象。3.測(cè)定二氧化碳飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。三、儀器設(shè)備空氣PVT關(guān)系儀四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟（一）實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段（1）對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)p、v、t之間有：本試驗(yàn)就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來測(cè)定CO2的p-v之間關(guān)系，從而找到CO2的p-v-t關(guān)系。（2）實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、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)。（3）實(shí)驗(yàn)工質(zhì)CO2的壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出（如要提高精度可由加在活塞轉(zhuǎn)盤上的平衡砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出，比體積首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來度量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)經(jīng)不均勻、截面積不變等條件換算得出。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖1裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開啟試驗(yàn)本體上的日光燈（易于觀察）：2、使用恒溫器調(diào)定溫度3、加壓前的準(zhǔn)備4、做好實(shí)驗(yàn)的原始記錄及注意事項(xiàng)（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器：儀表的名稱、型號(hào)、規(guī)格、量程、精度。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實(shí)驗(yàn)環(huán)境情況等。（3）測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)C的質(zhì)面比常數(shù)k值。由于充進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)的CO2的質(zhì)量不變測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而試驗(yàn)中多采用間接方法來確定CO2的比體積，認(rèn)為CO2的比體積v與其高度是一種線性關(guān)系。具體如下：（4）、實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（a）、做各條定溫線時(shí)，試驗(yàn)壓力≤9.8MPa、試驗(yàn)溫度≤50（℃）；（b）、一般取h時(shí)壓力間隔可取0.196~0.490MPa，但在接近飽和狀態(tài)時(shí)和臨界狀態(tài)時(shí)，壓力間隔應(yīng)取為0.49MPa。（c）、實(shí)驗(yàn)中取h時(shí)，水銀柱液面高度的讀數(shù)要注意，應(yīng)使視線與水銀柱半圓形液面的中間一齊。5、測(cè)定低于臨界溫度t=20℃時(shí)的定溫線6、測(cè)定臨界等溫線和臨界參數(shù)，臨界現(xiàn)象觀察。7、測(cè)定高于臨界溫度t=50℃時(shí)的等溫線，要將數(shù)據(jù)填入表中。五、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐結(jié)果處理1、將表1的數(shù)據(jù)仿圖三繪出p-v圖，畫出三條等溫線;2、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線與圖三所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較、并分析之間的差異和原因；3、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度與飽和壓力的對(duì)應(yīng)值與圖四繪制出的曲線比較；4、將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界比容與理論計(jì)算值一并填入表并分析之間的差異和原因。六、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐注意事項(xiàng)1．實(shí)驗(yàn)采用教師課堂演示、學(xué)生上機(jī)操作的實(shí)驗(yàn)方式；2．上機(jī)實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生應(yīng)認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；3．學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后須撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；七、預(yù)習(xí)與思考題1．分析比較等溫曲線的實(shí)驗(yàn)值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差異及其原因？2．分析比較臨近比容的實(shí)驗(yàn)值與標(biāo)準(zhǔn)值及理論計(jì)算值之間的差異及原因？實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐二：空氣定壓比熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：5人/組一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的1.了解氣體比熱測(cè)定裝置的基本原理和構(gòu)思。2.熟悉本實(shí)驗(yàn)中的測(cè)溫、測(cè)壓差、測(cè)熱量的方法。二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容1.掌握由基本數(shù)據(jù)計(jì)算出比熱值和求得比熱公式的方法。2.分析本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。3.測(cè)定300℃以下氣體的定壓比熱。三、儀器設(shè)備DYR131空氣定壓比熱測(cè)定儀四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟1、接通電源及測(cè)量?jī)x表，選擇所需的出口溫度計(jì)插入混流網(wǎng)的凹槽中；2、摘下流量計(jì)上的溫度計(jì)，開動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附近。測(cè)出流量計(jì)的干球溫度和濕球溫度；3、將溫度計(jì)插回流量計(jì)，流量為額定值。逐漸提高電壓，使出口溫度升高至預(yù)計(jì)溫度；4、待出口溫度穩(wěn)定后（出口溫度在10分鐘之內(nèi)無變化或有微小起伏，即可視為穩(wěn)定），讀出下列數(shù)據(jù)，每10升空氣通過流量計(jì)所需時(shí)間（τ,秒）；比熱儀進(jìn)口溫度——即流量計(jì)的出口溫度（t1,℃）和出口溫度（t2℃）；當(dāng)時(shí)相應(yīng)的大氣壓力（B，毫米汞柱）和流量計(jì)出口處的表壓（Δh，毫米水柱）；電熱器的輸入功率（W，瓦）。5.根據(jù)流量計(jì)出口空氣的干球溫度和濕球溫度,從濕空氣的焓濕圖查出含濕量(d,克/公斤干空氣)，并根據(jù)下式計(jì)算出水蒸氣的容積成分：五、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐結(jié)果處理1．簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理與過程。2．各種數(shù)據(jù)的原始記錄。3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理計(jì)算空氣的定壓比熱。六、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐注意事項(xiàng)1、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。2、輸入電熱器的功率不得超過50W。氣體出口最高溫度不得超過300℃。3、加熱和冷卻要緩慢進(jìn)行，防止比熱儀主體因溫度驟增驟降而破裂。4、停止試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)電熱器功率為最小或0W，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行十分鐘左右（使溫度較低時(shí)30℃到50℃即可）。七、預(yù)習(xí)與思考題1．空氣定壓比熱如何計(jì)算？2．不同溫度下如何計(jì)算a、b值？實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐三：空氣絕熱指數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐類型：操作實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐要求：2人/組一、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐目的1學(xué)習(xí)測(cè)定空氣的比熱容比的一種方法。了解絕熱、等容的熱力學(xué)過程及有關(guān)狀態(tài)方程。二、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐內(nèi)容1觀察和分析熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)和過程特征，掌握實(shí)現(xiàn)等值過程的方法。2測(cè)定空氣的比熱容比，比定壓熱容，比定容熱容。三、儀器設(shè)備DYR003空氣絕熱指數(shù)測(cè)定裝置四、實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐原理、方法、手段和步驟空氣絕熱指數(shù)測(cè)定裝置見圖示。利用氣囊往有機(jī)玻璃容器內(nèi)充氣，通過U型壓力計(jì)測(cè)出容器內(nèi)的壓力P1；壓力穩(wěn)定后，突然打開閥門5并迅速關(guān)閉，在此過程中，空氣絕熱膨脹，在U型壓力計(jì)上顯示出膨脹后容器內(nèi)的空氣壓力P2；然后，持續(xù)一小時(shí)左右，使容器中的空氣與實(shí)驗(yàn)環(huán)境的空氣進(jìn)行熱交換，最后達(dá)到熱平衡，即容器中的空氣溫度與環(huán)境溫度相等，此時(shí)，U型壓力計(jì)顯示出溫度相等后，容器中空氣壓力P31、測(cè)試前的準(zhǔn)備（1）將閥門5的錐形塞拔出，抹上一些真空油，以改善閥門的密封性能，抹油后安裝就位，并把螺帽擰緊。（2）在閥門與開啟的情況下（即容器與大氣相通），用醫(yī)用注射器將蒸餾水注入U(xiǎn)型壓力計(jì)至一定高度。水柱內(nèi)不能含有氣泡，如有氣泡，要設(shè)法排除。（3）調(diào)整裝置的水平位置，使U型壓力計(jì)兩水管中的水柱高在一個(gè)水平線。2、記錄U型壓力計(jì)初始讀數(shù)h。（即容器與大氣相通時(shí)，壓力計(jì)中水柱高度）。3、關(guān)閉閥門口5，把螺帽擰緊。4、用氣囊往有機(jī)玻璃容器內(nèi)緩慢充氣，至一定值時(shí)，待壓力穩(wěn)定后，記錄此時(shí)的水柱高度差△h1。5、突然打開閥門5，并迅速關(guān)閉?？諝饨^熱膨脹后，在U型管內(nèi)顯示出膨脹后容器內(nèi)的氣壓，記錄此時(shí)的水柱高度差△h2。6、持續(xù)1～2小時(shí)，待容器內(nèi)空氣的溫度與測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的大氣溫度一致時(shí)，