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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識,促使理論聯系實際,以利于培養同學分析問題和解決問題的能力。
一、實驗目的和要求
1. 了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構思。
2. 熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法。
3. 掌握由基本數據計算出比熱值和求得比熱公式的方法。
4. 分析本實驗產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、風機、流量計、比熱儀主體、電功率調節及測量系統等五部分組成。
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)由風機經流量計送入比熱儀主體,經加熱、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,tw);氣體經比熱儀主體的進出口溫度(t1,t2);氣體的體積流量(V);電熱器的輸入功率(W);以及實驗時相應的大氣壓(B)和流量計出口處的表壓(Δh)。有了這些數據,并查用相應的物性參數,即可計算出被測氣體的定壓比熱(Cpm)。
氣體的流量由節流閥控制,氣體出口溫度由輸入電熱器的功率來調節。
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/說明/設置
K2=保存退出
K3=加濕器開關/加
K4=起動停止/傳感器清零/減
K5=傳感器恢復/進位
2、開機
打開電源后指示燈頻閃,按K1即可正常工作,此時K3作加濕器開關使用,K4作起動/停止開關使用,此時按K1可轉換說明頁,再按返回。
3、設置
在工作狀態下按K1不放(大于2秒)即可進入設置狀態,此時按K1可選擇傳感器清零,工作電壓設定。
或時間設置,按K2保存退出。
①傳感器清零
此時K4傳感器清零、K5恢復、K2保存退出、K1功能轉換(保存)
②設定工作電壓
此時K3是加、K4是減、K2保存退出、K1功能轉換(保存)
③設置時間
此時K3是加、K4是減、K5是進位、K2保存退出、K1功能轉換
四、實驗步驟和數據處理
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的凹槽中。
2. 開動風機,調節節流閥,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.調節流量,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計溫度
[可以根據下式預先估計所需電功率:                                  
式中:W為電熱器輸入電功率(瓦);
          Δt為進出口溫度差(℃);
          τ為每流過10升空氣所需的時間(秒)。]
 
4. 待出口溫度穩定后(出口溫度在10分鐘之內無變化或有微小起伏,即可視為穩定),讀出下列數據,每10升空氣通過流量計所需時間(τ,秒);比熱儀進口溫度——即流量計的出口溫度(t1,℃)和出口溫度(t2℃);當時相應的大氣壓力(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),并根據下式計算出水蒸氣的容積成分:

6. 根據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
某一穩定工況的實測參數如下:
t0=8℃;         tw=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系,則由t1到t2的平均比熱為:
   
因此,若以 為橫坐標, 為縱坐標(如圖三),則可根據不同的溫度范圍內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,應切斷電熱器,讓風機繼續運行十五分鐘左右(溫度教低時可適當縮短)。

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