1、气体定压比热容的测定测定气体定压比热容的基本测量项目,是测量巳知流量的气体的吸热量（或放热量）和温度变化值。基本方法可以分为两类。一类称为混合法,即预先将气体加热,让它流过量热器时受冷却（达到与量热器热平衡）,由量热器测定气体的放热量。另一类称为定流法,即让气体流过量热器时被加热,由量热器测定气体的吸热量,因此,除了要准确测定气体在量热器人口和出口的温度之外,还必须仔细消除量热器热损失的影响或确定它的修正值,才能准确地测定气体的吸热量或放热量.本实验采用定流法测定空气的平均定压比热容。一、实验原理气体的定压比热容定义为(2-1)ppThc在没有对外界作功的气体的等压流动过程中, ,pdQmh1
2、则气体的定压比热容可以表示为(2-2)ppTQmc)(1当气体在此等压过程中由温度t 1加热至温度t 2时,气体在此温度范围内的平均定压比热容值可以由下式确定：kJ/(kg) (2-3)(1221tcptpm式中,m 气体的质量流量kg/s；QP 气体在等压流动过程中的吸热量,kJ/s低压气体的定压比热容通常用温度的多项式表示,例如下面空气的定压比热容的实验关系式：cP = 1.02319-1.7601910-4T+4.02402l0-7T2-4.87268lO-10T3 kJ/（kgK）式中T为绝对温度,K。该式用于250600 K,平均偏差为0.03%,最大偏差为0.28%。在离开室温不很
3、远的温度范圈内,空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线性的,即可近似表示为（2-4）btacp由t 1加热到t 2的平均定压比热容则表示为（2-5）2)(111 tbatdcttpm大气是含有水蒸气的湿空气,当湿空气气流由温度t 1加热到t 2时,其中水蒸气的吸热量可用下式计算：21 )0486(twdtmQkJ/s （2-6）)(23.8. 211tt式中,m w为气流中的水蒸气质量，kg/s。于是,于空气的平均定压比热容由下式确定：（2-7）)()(121221 tmQtcwptp式中Q p为湿空气气流的吸热量。仪器中加热气流的热量（例如用电加热器加热）,不可避免地因热辐射而有一部分散
4、失于环境。这项散热量的大小决定于仪器的温度状况。只要加热器的温度状况相同,散热量也相同。因此,在保持气流加热前的温度仍为t 1和加热后温度仍为 t2的条件下,当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时,每次的散热量当是一样的。于是,可在测定结果中消除这项散热量的影响。设两次测定时的气体质量流量分别为m 1和m 2，加热器的加热量分别为Q 1和Q 2,辐射散热量为Q,则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系： Qtcmwpwp 21211)(两式相减消去Q项,得到kJ/（kg） （2-8）)()(12121 tcwtpm二、实验设备实验所用的设备和仪器仪表有比热容测定仪、湿式流量计、恒温槽、稳压
5、气罐、温度计、电源设备和测量仪表、气源设备等,实验装置系统如图2-1所示, 装置中采用湿式流量计测定气流流量。流量计出口的恒温槽2用以控制测定仪器入口气流的温度。装置可以采用小型单级压缩机或其它设备作为气源设备,并用钟罩型气罐5维持供气压力稳定。气流流量用调节阀3调整。比热容测定仪(图24-2)由内壁镀银的真空杜瓦瓶1、温度计4和5(铂电阻温度计或精度较高的水银温度计)、电加热器6和铜网10组成。气体自进口管2引人,温度计4测量其初始温度,通过螺旋管进入双层夹套管。气体先流过管壁7和8之间的夹层,再流过8和9之间的夹层而进入电加热器部位加热。气体在双层夹套管中迁回,可以使电加热器散失的热量仍为
6、气体所吸收。离开电加热器的气体经铜网10均流均温,温度计5测量加热终了温度,后由管3引出。图2 测定空气定压比热客的实验装置系统1- 比热容测定仪； 2一恒温槽； 3一调节阀；4一湿式流量计 5一稳压气罐；6一调节阀；7一电流表；8一电压表；9一电源稳压器；10一调压变压器三、实验方法及数据整理实验中需要测定干空气的质量流量m、水蒸气的质量流量m w、电加热器的加热量（即气流吸热量）Q p和气流温度等数据,测定方法如下：1 干空气的质量流量m和水蒸气的质量流量m w、电加热器不投入,摘下边量计出口与恒温槽连接的橡皮管,把气流流量调节到实验流量值附近,测定流量计出口的气流温度to（由流量计上的温
7、度计测量）和相对湿度 o根据t o与 值由湿空气的焓 - 湿图确定含湿量d g/kg, 并计算出水蒸气的容积成分 rw：(2-9)62/1drw于是,气流中水蒸气的分压力为 062.751)9.3(hBpN/m2式中 B一大气压力,mmHgh一流量计出口气流的表压力,mmHg,由湿式流量计上的压差计测量。接上橡皮管,.开始加热。当实验工况稳定后测定流量计每通过V m3(例如0.01 3)血。气体所花的时间s,以及其它数据。水蒸气的质量流量计算如下：kg/s （2-11）owTRVpm)/(式中R w,=461.5J/（kgK ）。干空气的质量流量计算如下：kg/sop)/(式中 p 干空气的分
8、压力：N/m2 （2-13） 06.751)9.3)(1hBrwR=287J/（kgK ） 2电加热器的加热量 pQkJ/s10UIQp式中U电加热器的端电压，V；I加热电流,A。3.气流温度气流在加热前的温度t 1和加热后的温度 t2由比热容测定仪上的温度计测量。实验时,根据选定的气流初始温度t 1和加热温度t 2的变化范围及变化间隔,t 1用恒温槽调节,t 2由电加热器调节。实验操作应注意如下事项：1电加热器不应在没有气流通过比热容测定仪时投入加热。2.加热和冷却要缓慢,防止比热容测定仪因温度骤然变化和受热不均匀而破裂。特别是停止实验时,应先停加热后停气流,并且在停止加热器加热后仍应维持小气流继续运行一段时间。3.实验测定时,必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。根据式（2-8）计算得到的全部实验结果以如下形式表示出:1.列表表示平均比热容与温度的关系；2.用作图法或最小二乘法确霉式。（2-5）中的常数和b值,用方程式表示空气的平均定压比热容与温度的关系。1.用实验结果说明电加热器辐射热损失的影响,2.分析引起实验误差的因素有哪一些,3在实验装置中,把湿式流量计连接位置改在稳压气罐之前,或恒温槽之后,或比热测定仪的排气管上,是否合理?试分析之。
