工程热力学实验指导书土木工程学院2009年5月19日目录一、气体定压比热测量实验 (3)二、二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验 (6)实验一气体定压比热测量实验一、实验目的和要求1、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。

2、熟悉本实验中的温度测量、压力测量、热量测量、流量测量的方法。

3、掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。

4、分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。

二、实验装置和原理实验装置由风机、流量计、比热仪主体、电功率调节及测量系统等四部分组成，如图1所示，比热仪主体如图2所示。

流后流出。

在此过程中，分别测定：室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；电热器的输入功率（W ）；以及实验时相应的大气压（B ）和流量计出口处的表压（Δh ）。

有了这些数据，并查用相应的物性参数，即可计算出被测气体的定压比热（c pm ）。

气体的流量由调节阀控制，气体出口温度由输入电热器的功率来调节。

本比热仪可测300℃以下的定压比热。

三、实验内容开启风机，调节流量，使它保持在额定值附近。

调节电热器的输入功率，根据测得的室温；空气在流量计进口处的干、湿球温度（t 1，t 1w ）；气体经比热仪主体的出口温度（t 2）；每流过10L 空气所需的时间（τ）；电热器的输入功率（W ）；以及实验时相应的大气压（B ）和流量计出口处的表压（Δh ）等数据，并查用相应的物性参数，计算出被测气体的定压比热（c pm ）。

四、实验步骤和数据处理1、接通电源及测量仪表，将U 型管（测量压力）安装好，将出口温度计插入混流网的凹槽中。

2、开动风机，旋转调节阀，读出每10L 空气通过流量计所需时间（τ，秒），使流量保持在额定值附近。

3、调节电热器功率至某值[可以根据下式预先估计所需电功率：τt W ∆≈12，式中：W为电热器输入电功率（W ）；Δt 为进出口温度差（℃）——可假设从25℃加热到200℃，取n 个间隔，预估出Δt ]；τ为每流过10L 空气所需的时间（s ）]，连续加热进入设备的空气，记录加热后的出口温度。

4、需要记载的数据：室温t 0；比热仪进口干、湿球温度——即流量计的进口温度（t 1，t 1w ，℃）；连续变化的出口温度（t 2，℃）；当时相应的大气压力（B ，mmHg ）和流量计出口处的表压（Δh ，mmH 2O ）；电热器的输入功率（W ，W ）。

5、根据流量计进口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量(d ，g /kg (a ))，并根据下式计算出水蒸气的容积成分：/6221/622w d r d =+6、根据电热器消耗的电功率，可算出电热器单位时间放出的热量（kcal /s ）：34.186810WQ =⨯7、干空气质量流量（kg /s ）为：40030(1)(/13.6)10/735.5610/100029.27(273.15)4.644710/13.6 =(273.15)g w g g w P Vr B h q R T t r B h t ττ--+∆⨯⨯==+⨯+∆+（1-）()8、水蒸气流量（kg/s ）为：40030(/13.6)10/735.5610/100047.06(273.15)2.888910/13.6 =(273.15)w w w w w P V r B h q R T t r B h t ττ-+∆⨯⨯==+⨯+∆+()9、水蒸气吸收的热量（kcal /s ）：21222121(0.11010.0001167) =[0.4404()0.00005835()]t w w t w Q q t dtq t t t t =+-+-⎰10、干空气的定压比热（kcal /（kg ·℃））为：2102121()()g t wmt g g Q Q Q c q t t q t t -==--11、计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：t 0=8℃； t 1=8℃； t 1w =7.5℃； B =748.0mmHg ； t 2=240.3℃； τ=69.96 s/10L ； Δh =16mmH 2O ；W=41.84kW ；查干湿图得 d =6.3g /kg (a )（ϕ=94%）并计算其他参数如下：6.3/6220.0100271 6.3/622w r ==+33341.849.9938104.186810 4.186810W Q -===⨯⨯⨯ kcal /s 360 4.6447100.010********/13.6175.141069.96(8273.15)g g g P Vq R T --⨯+===⨯+（1-）()kg /s360 2.8889100.010********/13.6 1.10331069.968273.15)w w w P V q R T --⨯⨯+===⨯+()kg /s62231.103310[0.4404(240.38)0.00005835(240.38)]0.116610w Q --=⨯-+-=⨯kcal /s21306219.99380.1166100.2428()175.1410240.3-8t w m t g Q Q cq t t ----⨯===-⨯（）（）kcal /(kg ·℃)12、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t 1到t 2的平均比热为：2)(121202121t t ba t t dt bt a C t t t tm ++=-+=⎰ 因此，若以212t t +为横坐标，210t t m C 为纵坐标，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，并绘制变化关系图，如图3所示。

t 1+t 22℃C 0m t2t 1kcal/(kg ·℃)图3 比热随温度的变化五、 实验注意事项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，防止温度计和比热仪主体因温度骤增、骤降而破裂。

4、停止试验时，应切断电热器，让风机继续运行15分钟左右（温度较低时可适当缩短）。

实验二二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验一、实验目的和要求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，学会用测定实际气体状态变化规律的方法。

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、实验装置和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1所示。

图1 试验台系统图图2 试验台本体试验台本体如图2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—承压汞容器；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(,,)0pt=（1）F P V T=或),(v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，由压力台送来的压力油进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，CO2被压缩，其压力和容器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CO2的压力，由装在压力台上的压力表读出（如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。

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CO2柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件来换算得出。

在准平衡状态下，气体的绝对压力P、比容V和绝对温度T之间存在某种确定关系，即F P V T=状态方程(,,)0理想气体的状态方程具有最简单的形式：PV=RT实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映P、V、T之间关系的实际气体的状态方程。

因此，具体测定某种气体的P、V、T关系，并将实测结果表示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。

在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，故具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度T不变的条件下进行的。

三、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℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图4中的t s-p s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p c、v c、t c等临界参数，并将实验所得的v c值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。

四、实验步骤和数据处理1、按图1装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯。

2、恒温器准备及温度调节：（1）把水注入恒温器内，注至离盖30～50mm。

检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。

（2）在温度控制器AL808E的控制面板上通过上下键设定好实验用的温度。

（3）此时控制面板上视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需要恒温。

（4）观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所标定的温度。

（5） 当所需要改变实验温度时，重复（2）～（4）即可。

3、加压前的准备：因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表显示压力读数。

压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。

所以，务必认真掌握，其步骤如下：（1）关闭进入本体油路的阀门，开启压力台上油杯的进油阀。

（2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。

这时，压力台油缸中抽满了油。

（3）先关闭油杯阀门，然后开启进入本体油路的两个阀门。

（4）摇进活塞螺杆，使本体充油。