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1、工程热力学实验指导工程热物理教研室二O年月1 .实验总体目标通过实验能更好地理解工程热力学的一些现象和结论。学习一些实验仪器的使用方法。学习实验数据的处理方法。2 .适用专业热能与动力工程、建筑环境与设备工程、核科学与核工程3 .先修课程高等数学、大学物理4 .实验课时分配实验项目学时实验一气体定压比热容实验2实验二二氧化碳综合实验2实验三空气在喷管内流动性能测定实验2实验四饱和蒸汽压力和温度关系实验选做5 .实验环境实验室环境干净整洁，水电齐全，能够满足实验的要求。在醒目的地方有实验原理的说明，便于教师讲解和学生熟悉实验的步骤。6 .实验总体要求通过实验能够帮助学生更好地理解工程热力学的一些
2、基本原理。指导教师要提前做好准备，提高实验的效率。学生要提前预习实验的内容和要求（特别是注意事项），以免发生危险和损坏实验设备。按指导教师的要求书写实验报告，及时上交。7 .本实验的重点、难点及教学方法建议本实验的重点是气体定压比热容实验、二氧化碳压缩综合实验和喷管实验，这三个实验都是综合性实验，涉及到水浴的使用，真空泵的使用，表压力及真空度和绝对压力的关系，等等，需要大家对工程热力学的基本内容有清楚的了解。难点是在临界温度下定温压缩二氧化碳时不好把握,绘出来的图和理想压缩有较大的差别，另外，如何通过间接方法求出二氧化碳的比体积也有一些技巧。教学方法：学生提前预习，做实验之前老师提问；学生仔细
3、观察指导教师的演示；实验室对学生开放，一次没有做成功，或者想更好地掌握实验技巧的学生，可以跟指导教师预约时间另做。实验一气体定压比热容实验3实验二二氧化碳综合实验7实验三空气在喷管内流动性能测定实验8实验四饱和蒸汽压力和温度关系实验11实验一气体定压比热容实验一、实验目的1 .了解气体比热容测定装置的基本原理和构思。2 .熟悉本实验中测温、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、实验类型综合性实验三、实验仪器实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成，实验装置系统
4、如图1-1所示。装置中采用湿式流量计测定气流流量，气流流量用调节阀1调整。流量计出口的恒温槽2用以控制测定仪器出口气流的温度。装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气源设备，并用钟革型气罐5维持供气压力稳定。图1-1测定空气定压比热容的全套装置系统I-调节阀;2-流量计：3-比热仪本体；4-瓦特表；5-调压变压器:6-稳压器：7-风机比热容测定仪本体（图1-2）由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8（伯电阻温度计或精度较高的水银温度计）、电加热器3和均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，进口温度计1测量其初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，出
5、口温度计8测量加热终了温度，后被引出。该比热仪可测300以下气体的定压比热。图2-2比热容测定仪结构原理图I-进口温度计：2-多层杜瓦瓶：3-电加热器:4-均流网;5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网：8-出口温度计四、实验原理根据热力学第一定律解析式，对可逆过程有：q=dh-vdp(1-1)定压时dp=O囹(dh-ydp(h(1.2)PVdT)p(dT)pT)p此式直接由金的定义导出，故适用于一切工质。在没有对外界作功的气体的定压流动过程中：dh-Qp(1-3)mcl2_ QP则气体的定压比热容可以表示为：kJkgC(M)式中：m气体的质量流量，kg/s；Qp气体在定压流动过程中的吸热量，kJ
6、s由于比热随温度的升高而增大，在离开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形的，即可近似表示为：cp=a+bt(1-5)则温度由G至I2的过程中所需要的热量可表示为：q=p(a+bt)dt(1-6)大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度A加热到G时，其中水蒸气的吸热量仍可沿用式(16)计算，其中=1.833,b=0.0003111,则水蒸气的吸热量为：Qw=(1.833+0.000311IZM=mM,1.833(r2-r1)+0.0001556(r？-2)JkJ/s(1-7)式中：SV气流中水蒸气质量，kg/so则干空气的平均定压比热容由下式确定：c2=QPQ
7、“(1q)式中：m湿空气的质量流量，kg/s；Qp为干空气气流的吸热量；Qp为湿空气气流的吸热量。仪器中加热气流的热量(例如用电加热器加热)，不可避免地因热辐射而有一部分散失于环境。这项散热量的大小决定于仪器的温度状况。只要加热器的温度状况相同，散热量也相同。因此，在保持气流加热前的温度仍为乙和加热后温度仍为F2的条件下，当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时，每次的散热量应当是一样的。于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。设两次测定时的气体质量流量分别为m和加2,加热器的加热量分别为Ql和02,辐射散热量为AQ,则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系Cl=QfA+Qm+AQ=。一m
8、*)Cp几一八)+Qw+Q2=Qp2+Qw2+八。=(吗一机”2)。加2-J+。“2+AQ两式相减消去。项，得到Z2（。2）一（禽。“2）八(w1-W2-nlfl wh,2Xg-1)kJkg0C(1-9)五、实验内容和要求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 .取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。和湿球温度几。3 .将温度计插回流量计，重新调节流量，使它保持在额定值附近，逐渐提高电压，使出口温度计读数升高到预计温度。（可根据下式预先估计所需电功率：P=I2弓,式中：P为电功率（W）,，为进出口温差（C
9、）,I为每流过10升空气所需的时间（s）。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：a）10升气体通过流量计所需时间7（s）；b）比热仪进口温度乙（）；出口温度G（C）；c）大气压力计读数B（kPa）,流量计中气体表压?（mmH2O）;d）电热器的功率Qp（W）O注释：电热功率由瓦特表设定为20W流量计旋转一圈流量为5升，实验中实际测量旋转10圈所用时间除以55 .根据流量计出口空气的干球温度J和湿球温度乙确定空气的相对湿度夕，根据Q和干球温度从湿空气的烯湿图（工程热力学附图）中查出含湿量d（gkg干空气）。6 .每小时通过实验装置空气流量：
10、V=36/（m3h）（1-10）式中：一每10升空气流过所需时间，S；将各量代入式（2-18）并统一单位可以得出干空气质量流量的计算式：(l-ytt.XlOOOB1+9.81)(36r)287(r0+273.15)7 .水蒸气的流量：将各量代入式（2-16）并统一单位可以得出水蒸气质量流量的计算式:(1-12)N(IO(X)Bl+9.81M)X(36)461.5(r0+273.15)六、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220V,气流出口最高温度不得超过300C。3、加热和冷却要缓慢进行，防止温度计和比热仪主体因温度骤升和骤降而破裂。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、思考题1、怎样判断气体的流动已经稳定了？2、停止实验后，为什么还要让风机运行一段时间？3、如果不考虑水蒸气的影响，将会有什么样的结果？4、如果要测量不同加热温度的平均比热容，如何设计实验？5、怎样减少测量误差？
