氣體定壓比熱測定實驗裝置說明書

氣體定壓比熱的測定是工程熱力學(xué)的基本實驗之一。實驗中涉及溫度、壓力、熱量（電功）、流量等基本量的測量；計算中用到比熱及混合氣體（混空氣）方面的知識。本實驗的目的是增加熱物性研究方面的感性認(rèn)識，促使理論聯(lián)系實際，以利于培養(yǎng)同學(xué)分析問題和解決問題的能力。
一、實驗?zāi)康暮鸵?/strong>
1. 了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構(gòu)思。
2. 熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法。
3. 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。
4. 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
裝置由顯示屏、風(fēng)機(jī)、流量計、比熱儀主體、電功率調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)等五部分組成。
比熱儀主體如圖一所示。      
              
圖一   比熱儀主體 
實驗時，被測空氣（也可以時其它空氣）由風(fēng)機(jī)經(jīng)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：空氣在流量計出口處的干、濕球溫度（t₀，t_w）；氣體經(jīng)比熱儀主體的進(jìn)出口溫度（t₁，t₂）；氣體的體積流量（V）；電熱器的輸入功率（W）；以及實驗時相應(yīng)的大氣壓（B）和流量計出口處的表壓（Δh）。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（C_pm）。
氣體的流量由節(jié)流閥控制，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300℃以下的定壓比熱。

圖二  顯示屏面板
三、顯示屏操作說明
1、面板按鈕說明（如圖二所示）
K1=開機(jī)/說明/設(shè)置
K2=保存退出
K3=加濕器開關(guān)/加
K4=起動停止/傳感器清零/減
K5=傳感器恢復(fù)/進(jìn)位
2、開機(jī)
打開電源后指示燈頻閃，按K1即可正常工作，此時K3作加濕器開關(guān)使用，K4作起動/停止開關(guān)使用，此時按K1可轉(zhuǎn)換說明頁，再按返回。
3、設(shè)置
在工作狀態(tài)下按K1不放（大于2秒）即可進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，此時按K1可選擇傳感器清零，工作電壓設(shè)定。
或時間設(shè)置，按K2保存退出。
①傳感器清零
此時K4傳感器清零、K5恢復(fù)、K2保存退出、K1功能轉(zhuǎn)換（保存）
②設(shè)定工作電壓
此時K3是加、K4是減、K2保存退出、K1功能轉(zhuǎn)換（保存）
③設(shè)置時間
此時K3是加、K4是減、K5是進(jìn)位、K2保存退出、K1功能轉(zhuǎn)換
四、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理
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. 開動風(fēng)機(jī)，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（t_w）。
3.調(diào)節(jié)流量，使它保持在額定值附近。逐漸提高電熱器功率，使出口溫度升高至預(yù)計溫度
[可以根據(jù)下式預(yù)先估計所需電功率：                                  
式中：W為電熱器輸入電功率（瓦）；
          Δt為進(jìn)出口溫度差（℃）；
          τ為每流過10升空氣所需的時間（秒）。]
 
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升空氣通過流量計所需時間（τ,秒）；比熱儀進(jìn)口溫度——即流量計的出口溫度（t₁,℃）和出口溫度（t₂℃）；當(dāng)時相應(yīng)的大氣壓力（B，毫米汞柱）和流量計出口處的表壓（Δh，毫米汞柱）；電熱器的輸入功率（W，瓦）。
5. 根據(jù)流量計出口空氣的干球溫度和濕球溫度,從濕空氣的干濕圖查出含濕量(d,克/公斤干空氣)，并根據(jù)下式計算出水蒸氣的容積成分：

6. 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：
千卡/秒
7. 干空氣流量（質(zhì)理流量）為：
公斤/秒
8. 水蒸氣流量為：
 公斤/秒
9. 水蒸氣吸收的熱量：
千卡/秒
10. 干空氣的定壓比熱為：
千卡/（公斤·℃）
11. 計算舉例
某一穩(wěn)定工況的實測參數(shù)如下：
t₀=8℃；         t_w=7.5℃；        B=748.0毫米汞貢柱  
t₁=8℃；         t₂=240.3℃；      τ=69.96 秒/10升；
Δh=16 毫米水柱;     W=41.84千瓦
查干濕圖得 d=6.3克/公斤干空氣（ψ=94%）

千卡/秒
    公斤/秒
   公斤/秒
千卡/秒
    千卡/（公斤·℃）
12. 比熱隨溫度的變化關(guān)系
假定在0—300℃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t₁到t₂的平均比熱為：
   
因此，若以 為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)（如圖三），則可根據(jù)不同的溫度范圍內(nèi)的平均比熱確定截距a和斜率b，從而得出比熱隨溫度變化的計算式。

圖 三
五、注意事項
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. 輸入電熱器的電壓不得超過220伏。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，防止溫度計和比熱儀主體因溫度驟增驟降而破裂。
4. 停止試驗時，應(yīng)切斷電熱器，讓風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行十五分鐘左右（溫度教低時可適當(dāng)縮短）。