《建筑環(huán)境與能源應用工程專業(yè)綜合實驗》 教案 7-2 7.1.2.氣體定壓比熱容測定實驗

氣體定壓比熱容測定實驗1.實驗目的①熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱和測流量的方法。②掌握由基本數(shù)據(jù)和基本公式計算比熱容的方法。2.實驗原理引用熱力學第一定律解析式，對可逆過程有 δq=d??vdp （1）定壓時dp=0，有 cp=δq式（2）直接由cp的定義導出，故適用于一切工質(zhì)。在沒有對外界做功的氣體的等壓流動過程中，有 d?=1mδ則氣體的定壓比熱容[單位：kJ/（kg·℃）]可以表示為 cpt1式中m——氣體的質(zhì)量流量，kg/s；Qp——氣體在等壓流動過程中的吸熱量，kJ/s。由于氣體的實際定壓比熱容隨溫度的升高而增大，它是溫度的復雜函數(shù)。實驗表明，理想氣體的比熱容與溫度之間的函數(shù)關系甚為復雜，但總可表達為 cp=a式中，a、b、e等是與氣體性質(zhì)有關的常數(shù)。在離室溫不很遠的溫度范圍內(nèi)，空氣的比熱容與溫度的關系可近似認為是線性的，即可近似表示為 cp=a+則溫度由t1升高到t2的過程中所需要的熱量可表示為 q=t1t由t1加熱到t2的平均定壓比熱容可表示為 cpt1大氣是含有水蒸汽的濕空氣。當濕空氣由溫度t1被加熱至t2時，其中的水蒸汽也要吸收熱量，這部分熱量要根據(jù)濕空氣的相對濕度來確定。如果計算干空氣的比熱容，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。當濕空氣氣流由溫度t1加熱到t2時，其中水蒸氣的吸熱量可用式（9）計算。 Qw=mwt1t2式中mw——氣流中水蒸氣質(zhì)量，kg/s；Qw——水蒸氣的吸熱量，kJ/s。則干空氣的平均定壓比熱容由式（10）確定，即 cpmt式中Qp′——濕空氣氣流的吸熱量；kJ/s。3.實驗系統(tǒng)及裝置圖1氣體定壓比熱容測定實驗裝置1-節(jié)流閥；2-流量計；3-比熱容儀本體；4-瓦特表；5-調(diào)壓變壓器；6-穩(wěn)壓器；7-風機整個實驗裝置由風機、流量計、比熱容儀本體、電功率調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)共四部分組成，如圖1所示。圖2比熱容儀本體結(jié)構(gòu)圖比熱容測定儀本體由內(nèi)壁鍍銀的多層杜瓦瓶2、進口溫度計1和出口溫度計8(鉑電阻溫度計或精度較高的水銀溫度計）、電加熱器3和均流網(wǎng)4、絕緣墊5、旋流片6和混流網(wǎng)7組成。氣體自進口管引入，進口溫度計4測量其初始溫度，離開電加熱器的氣體經(jīng)均流網(wǎng)4均流均溫，出口溫度計8測量加熱終了溫度后被引出，如REF_Ref14760\h圖2所示。4.實驗步驟及方法①接通電源及測量儀表，選擇所需的出口溫度計插入混流網(wǎng)的凹槽中。②取下流量計上的溫度計，開動風機，調(diào)節(jié)節(jié)流閥，使流量保持在額定值附近。測出流量計出口空氣的干球溫度t0和濕球溫度tw。③將溫度計插回流量計，重新調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近，逐漸提高電壓，使出口溫度計讀數(shù)升高到預計溫度[可根據(jù)下式預先估計所需電功率：w=12Δtτ，式中：w為電功率（W）；Δt為進出口溫差（℃）；τ④待出口溫度穩(wěn)定后，讀出下列數(shù)據(jù)。a.通過V（m3）氣體所花的時間τ（s）。b.比熱容儀進口溫度t1(℃)，出口溫度t2(℃)。c.大氣壓力計讀數(shù)B1（kPa），流量計中氣體表壓Δh(mmH2O）。e.電加熱器的功率Qp（W）。⑤測量流量計出口空氣的干球溫度t0和濕球溫度tw確定空氣的相對濕度φ。5.實驗數(shù)據(jù)記錄表STYLEREF3\s7.1.2-SEQ表\*ARABIC\s31氣體定壓比熱容測定實驗數(shù)據(jù)記錄表空氣的干球溫度t0空氣的濕球溫度tw大氣壓力B1流量計中氣體表壓Δh進口溫度t1出口溫度t2氣體體積V時間τ功率Qp6.實驗數(shù)據(jù)處理及分析暫不啟動電加熱器，摘下流量計出口與恒溫槽連接的橡皮管，把氣流流量調(diào)節(jié)到實驗流量值附近，測定流量計出口的氣流干球溫度t0相對濕度φ。根據(jù)t0和φ值由濕空氣的焓-濕圖確定含濕量d（g/kg干空氣），并計算出水蒸氣的容積成分，即 yw=d則氣流中水蒸氣分壓力為 pw=y p=10B1式中p——流量計中濕空氣的絕對壓力，Pa；B1——當?shù)卮髿鈮?，kPa；Δh——流量計上壓力表（U形管）讀數(shù)，mmH2O柱。則水蒸氣的質(zhì)量流量mw（kg/s）為 mw=p式中RwT0——絕對溫度，K。干空氣的質(zhì)量流量mg（k