实验一 空气定压比热容测定一、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。

2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。

3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。

二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为()p p hc T∂=∂ （1） 在没有对外界作功的气体定压流动过程中，p dQ dh M=, 此时气体的定压比热容可表示为p p TQM c )(1∂∂=（2） 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定)(1221t t M Q c p t t pm-=(kJ/kg ℃) (3)式中，M —气体的质量流量，kg/s;Q p —气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s 。

大气是含有水蒸汽的湿空气。

当湿空气由温度t 1被加热至t 2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。

如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。

低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为3162741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=(kJ/kgK)式中T 为绝对温度，单位为K 。

该式可用于250～600K 范围的空气，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。

在距室温不远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似的表示为Bt A c p += （4）由t 1加热到t 2的平均定压比热容则为m t t t t pm Bt A tt B A dt t t Bt A c+=++=-+=⎰221122121(5) 这说明，此时气体的平均比热容等于平均温度t m = ( t 1 + t 2 ) / 2时的定压比热容。

因此，可以对某一气体在n 个不同的平均温度t m i 下测出其定压比热容c p m i ，然后根据最小二乘法原理，确定∑∑∑∑∑∑--=222)(mimi mipmi mi pmi mitn t t c t c t A （6）∑∑∑∑∑--=22)(mimipmimi pmi mitn t c t n c t B （7）从而便可得到比热容的实验关系式。

三、实验设备图 1 实验装置图1.整个实验装置由风机、流量计、测试比热容仪器本体、电功率调节系统及测量系统共四部分组成，如图1所示。

2.比热容仪器本体由图2所示。

3.空气（或其它气体）由风机经流量计送入比热容仪本体，经加热、均流、旋流、混流、测温后流出。

气体流量由节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的电压调节。

4.该比热容仪可测量300℃以下气体的定压比热容。

图 2 比热容仪本体图四、实验步骤1.按图1所示接好电源线和测量仪表。

经指导教师认可后接通电源，将选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。

2.小心取下流量计上的温度计。

开动风机，调节流阀，使流量保持在预定值附近，测出流量计出口处的干球温度t a和湿球温度t w。

3.将温度计放回原位。

调节流量，使它保持在预定值附近。

调节电压，开始加热（加热功率的大小取决于气体流量和气流进出口温度差，可依据关系式Q=K 12 Δt/τ进行估算，式中Q为加热功率，W；Δt为比热容仪本体进出口温度差，℃；τ为每流过10升空气所需要的时间, s；K为设备修正系数）。

4.待出口温度稳定后（出口温度在10分钟内无变化或有微小变化，即可视为稳定），即可采集实验数据。

需采集的数据有：(1)每10升气体通过流量计时所需的时间τ（s ）；(2)比热容仪进口温度 t 1 （℃）与出口温度 t 2 （℃）；(3)当时大气压力B （mmHg ） 和流量计出口处的表压力Δh （mmH 2O ）； (4)电加热器的电压U （V ） 和电流 I ( A )；5.改变电压，使出口温度改变并达到新的预定值，重复步骤4。

在允许的时间内可多做几次实验。

将上述实验数据填入所列的原始数据表中。

五、计算公式1.根据流量计出口处空气的干球温度 t a 和湿球温度 t w ，在干湿球温度计上读出空气的相对湿度φ，再从湿空气的焓湿图上查出湿空气的含湿量d (g 水蒸汽 / kg 干空气)，计算出水蒸汽的容积成分r w622/1622/d d r w +=2.电加热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电流表的内耗。

如电压表和电流表采用图1所示的接法，则应扣除电流表的内耗。

设电流表的内阻为R mA (Ω)，则可得电加热器单位时间放出的热量3210)001.0(-⨯-⋅=I R I U Q m A kJ/s3.干空气流量为)15.273()6.13/)(1(10645.4)15.273(287/01.032.133)6.13/)(1(3+∆+-⨯=+⨯⨯∆+-==-a w a w ag g g t h B r t h B r T R V p M ττkg/s4.水蒸汽流量为3(/13.6)133.320.01/461.5(273.15)2.88910(/13.6)(273.15)w w w aw a w a p V M R T r B h t r B h t ττ-=+∆⨯⨯=+⨯+∆=+ kg/s5.水蒸汽吸热量为[])(0002443.0)(844.1)0004886.0844.1(21221221t t t t M dtt M Q w t t w w -+-=+=⎰ kJ/s6.干空气吸热量为w Q Q Q -=g7. 计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：t0=8℃； tw=7.5℃； B=748.0毫米汞柱 t1=8℃； t2=240.3℃； τ=69.96 秒/10升； Δh=16 毫米水柱; W=41.84瓦 查焓湿图得 d=6.3克/公斤干空气（相对湿度ϕ=94%）010027.0622/3.61622/3.6=+=w r33109938.9101868.484.41-⨯=⨯=Q千卡/秒631014.175)15.2738(96.69)6.13/16748)(010027.01(106447.4--⨯=++-⨯= gG 公斤/秒63101033.1)15.2738(96.69)6.13/16748(010027.0108889.2--⨯=++⨯⨯= w G 公斤/秒326101166.0)83.240(00005835.0)83.240(4404.0[101033.1--⨯=-+-⨯=w Q 千卡/秒2428.0)83.240(1014.175101166.0109938.9633021=-⨯⨯-⨯=---t t mC 千卡/（公斤·℃）六、 比热随温度的变化关系假定在0—300℃之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由t1到t2的平均比热为：2)(121202121t t ba t t dt bt a C t t t t m++=-+=⎰因此，若以212t t +为横坐标，210t t mC 为纵坐标（如图三），则可根据不同的温度范围内的平均比热确定截距a 和斜率b ，从而得出比热随温度变化的计算式。

图三七、实验报告要求1.简述实验原理，简介实验装置和测量系统并画出简图。

2.实验原始数据记录表，计算过程及计算结果。

3.将实验结果表示在c pm ——t m 的坐标图上，用（6）和（7）式确定A、B，确定平均定压比热容与平均温度的关系式（5）和定压比热容与温度的关系式（4）。

4.对实验结果进行分析和讨论。

八、注意事项1.切勿在无气流通过的情况下使加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热容仪本体。

2.输入加热器的电压不得超过220伏，气体出口最高温度不得超过300℃。

3.加热和冷却要缓慢进行，防止比热容仪本体和温度计因温度骤升或骤降而损坏。

4.停止实验时，应先切断电加热器，让风机继续工作十五分钟左右。

九、思考题1.如何在实验方法上考虑消除电加热器热损失的影响？2.用你的实验结果说明加热器的热损失对实验结果的影响怎样？3.测定湿空气的干、湿球温度时，为什么要在湿式流量计的出口处而不在大气中测量？4.在本装置中，如把湿式流量计连接位置改在比热容仪器的出口处，是否合理？实验二二氧化碳p―v―T关系测定及临界状态观察一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。

2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。

3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。

4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。

二、实验内容1、测定CO2的p-v-t关系。

在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。

2、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts-ps曲线比较。

3、观测临界状态（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。

（2）气液整体相变现象。

（3）测定CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。

三、实验设备及原理整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。

图二试验台本体试验台本体如图二所示。

其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃杯；9—CO2空间；10—温度计。

、对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有： F(p,v,t)=0或t=f(p,v) （1）本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t 关系。

实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。

温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。

实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。

温度由插在恒温水套中的温度计读出。

比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。

四、实验步骤1、按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯（目的是易于观察）。

2、恒温器准备及温度调节：（1）、把水注入恒温器内，至离盖30～50mm。