实验15 - - 气体定压比热测定
更新时间:2023-10-06 02:23:01 阅读量: 综合文库 文档下载
- sql实验15推荐度:
- 相关推荐
实验15 气体定压比热测定
一、实验目的
1. 了解气体比热测定装置的基本原理和装置结构。 2. 熟悉本实验中温度、压力、热量、流量的测量方法。 3. 掌握由测量数据计算定压比热的方法。
4. 分析本实验中误差产生的原因及减小误差的可能途径。
二、实验原理
根据定压比热的概念,气体在t℃时的定压比热表示为
cp?dq dt (1)
当式(1)的温度间隔dt为无限小时,cp即为某一温度t时气体的真实定压比热(由于气体的定压比热随温度的升高而增大,所以在给出定压比热的数值时,必须指明是哪个温度下的定压比热)。如果已得出cp?f?t?的函数关系,温度由t1至t2的过程中所需要的热量即可按下式求得:
q??cpdt??(a?bt?ct2?)dt
1122 (2)
上式采用逐项积分来求热量十分复杂。在本实验的温度测量范围内(不高于300℃),空气的定压比热与温度的关系可近似认为是线性,即可表示为:
cp?a?bt
q??t2 (3)
则温度由t1至t2的过程中所需要的热量可表示为:
t1?a?bt?dt
t2 (4)
由t1加热到t2的平均定压比热容则可表示为:
ct2pt1?a?bt?dt?t??a?bt11t2?t1?t2 2 (5)
实验中,通过实验装置是湿空气,当湿空气气流由温度t1加热到t2时,其中水蒸气的吸热量可用式(4)计算,其中a?1.833,b?0.0003111,则水蒸气的吸热量为:
Qw?mw??1.833?0.0003111t?dt
t1t222?kJ/s 1.833t?t?0.0001556t?t ?mw???2121???? (6)
式中:mw——气流中水蒸气质量,kg/s。
则干空气的平均定压比热容由下式确定:
ct2pmt1?Qp(m?mw)?t2?t1??Q?p?Qw(m?mw)?t2?t1? (7)
式中:Q?p为湿空气气流的吸热量。
实验装置中采用电加热的方法加热气流,由于存在热辐射,不可避免地有一部分热量散失于环境,其大小取决于仪器的温度状况。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、后的温度仍为t1和t2的前提下,当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时,每次的散热量是相同的。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m1和m2,加热器的加热量分别为Q1和Q2,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:
Q1?Qp1?Qw1??Q?(m1?mw1)cpm?t2?t1??Qw1??Q
Q2?Qp2?Qw2??Q?(m2?mw2)cpm?t2?t1??Qw2??Q
两式相减消去?Q项,得到:
cpmt2t1??Q1?Q2???Qw1?Qw2??m1?m2?mw1?mw2??t2?t1?kJ/(kg?℃) (8)
三、实验装置
实验所用的设备和仪器仪表由风机、流量计、比热仪本体、电功率调节测量系统共四部分组成,实验装置系统如图1所示。装置中采用湿式流量计2测定气流流量,采用小型鼓风机7作为气源设备,气流流量用节流阀1调整,电加热量使用调压变压器5进行调节,并用功率表4测量。
图1测定空气定压比热容的实验装置
1-节流阀;2-流量计;3-比热仪本体;4-功率表;5-调压变压器;6-稳压器;7-风机
比热容测定仪本体(图2)由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、温度计1和8(铂电阻温度计
或精度较高的水银温度计)、电加热器3、均流网4、绝缘垫5、旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入,温度计1测量空气进口初始温度,离开电加热器的气体经均流网4均流均温,温度计8测量出口温度。该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。
四、实验数据处理方法
实验中需要测定干空气的质量流量m、水蒸气的质量流量mw、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mw 首先,在不启动电加热器的情况下,通过节流阀把气流流量调节到实验流量值附近,测定流量计出口?(由流量计上的温度计测量)和相对湿的气流温度t0?与?值,由湿空气的焓湿图确定含湿量,度?。根据t0并计算出水蒸气的容积成分yw:
yw?d/622
1?d/622 (9)
图2 比热容测定仪结构原理图
于是,气流中水蒸气的分压力为
pw?ywp
(10)
1、8-温度计;2-多层杜瓦瓶;3-电加热器; 4-均流网;5-绝缘垫;6-旋流片;7-混流网
式中:p——流量计中湿空气的绝对压力,Pa:
p?10B?9.81?h
(11)
式中:B—当地大气压,kPa;由大气压力计读取。
?h—流量计上U型管压力计读数,mm水柱;
调节变压器到适当的输出电压,开始加热。当实验工况稳定后,测定流量计每通过单位体积气体所需要的时间?以及其它数据。水蒸气的质量流量计算如下:
p(V/?) mw?wkg/s
RwT0式中:Rw——水蒸气的气体常数:Rw?461J/(kg?K)
T0——绝对温度,K。
(12) (13)
干空气的质量流量计算如下: mg?pg?V/??RT0kg/s
(14) (15)
R——干空气的气体常数:R?287J/(kg?K)
2.电加热器的加热量Qp'
电热器加热量可由功率表读出,功率表的读数方法详见说明书。
Qp'?3.6QpkJ/h
(16)
式中:Qp——功率表读数,W; 3.气流温度
气流在加热前的温度t1为大气温度,用室内温度计测量;加热后的温度t2由比热容测定仪上的温度计测量。
五、实验步骤
1. 启动风机,调节节流阀,使流量保持在额定值附近。测量流量计出口空气的干球温度
t0和湿球温度tw。
2. 启动调压变压器,调节到合适的电压,使出口温度计读数升高到预计温度。(可根据
下式预先估计所需电功率:Qp?12?t?,式中:W为电功率(W),?t为进出口温差(℃),?为每流过10升空气所需的时间(s)。
3. 待出口温度稳定后(出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏即可视为稳定),读
出下列数据:
1) 10升气体通过流量计所需时间τ(s); 2) 比热仪进口温度t1(℃)和出口温度t2(℃);
3) 大气压力计读数B(kPa),流量计中气体表压?h(mmH2O); 4) 电热器的功率Qp(W)。
4. 根据流量计出口空气的干球温度t0和湿球温度tw确定空气的相对湿度?,根据?和干
球温度从湿空气的焓湿图(工程热力学附图)中查出含湿量d(g/kg干空气)。 5. 每小时通过实验装置空气流量:
V?36/?m3/h
(17)
将各量代入式(14)可得出干空气质量流量的计算式:
mg??1?yw??1000B?9.81?h???36/??287?t0?273.15?kg/h
(18)
6. 水蒸气的流量:
将各量代入式(12)可得出水蒸气质量流量的计算式:
mw?yw?1000B?9.81?h???36/??461.5?t0?273.15?kg/h
(19)
六、计算实例
某一稳定工况实测参数如下:
?=69.96s/10L,t0=8℃,tw=7.8℃,tf=8℃,B=99.727kPa,t1=8℃,t2=240.3℃,
?h=16mmH2O柱,Qp=41.842W,由t0,tw查焓湿图得?=94%,d=6.3g/kg干空气。计
算如下:
1. 水蒸气的容积成分:
6.3/622=0.010027
1?6.3/6222. 电加热器单位时间放出的热量:
代入式(9),得yw???3.6?Qp?3.6?41.842?150.632 kJ/h 代入式(16),得Qp3. 干空气质量流量:
代入式(18),得 mg??1?0.010027???1000?99.727?9.81??16?36/69.96287?8?273.15??0.63048 kg/h
4. 水蒸气质量流量:
代入式(19),得 mw?0.010027?1000?99.727?9.81??36/69.96461.5?8?273.15??0.0039755 kg/h
5. 水蒸气吸收的热量为:
?422Qw?0.0039755?1.833240.3?8?1.556?10240.3?8????????1.728 kJ/h
则干空气的平均定压比热容为:
150.632?1.728240.3cpm8??1.0167 kJ/h
0.63048?240.3?8?七、实验报告
1. 简述实验原理和仪器构成原理。 2. 列表给出所有原始数据记录。
3. 列表给出实验结果(数据处理,要附有例证)。
八、思考题
1. 在本实验中,如何实现绝热?
2. 气体被加热后,要经过均流、旋流和混流后才测量气体的出口温度,为什么?简述均
流网、旋流片和混流网的作用。
3. 尽管在本实验装置中采用了良好的绝热措施,但散热是不可避免的。不难理解,在这
套装置中散热主要是由于杜瓦瓶与环境的辐射造成的。你能否提供一种实验方法(仍利用现有设备)来消除散热给实验带来的误差?
4. 在本实验的温度测量范围内(不高于300℃),空气的定压比热与温度的关系可近似
认为是线性,现在需要确定空气在室温到300℃的定压比热的非线性程度,请问可以用怎样的实验手段实现?
九、注意事项
1. 在空气未流通的情况下,电加热器切勿工作,以免引起局部过热而损坏比热仪。 2. 输入电加热器电压不得超过220V,气体出口温度最高不得超过300℃。
正在阅读:
实验15 - - 气体定压比热测定10-06
领导在2022年全区机关效能建设动员大会上的讲话范文03-22
新农村设计说明11-26
6.零售法律法规题库及答案 RE01-01
高中英语实验版第3册Unit2知识课11-14
SDH技术及光通信设备07-05
生物化学选择,名词解释,问答题大全06-28
第7章 汽车产品策略08-16
简析户外运动的安全问题及对策研究05-01
- 多层物业服务方案
- (审判实务)习惯法与少数民族地区民间纠纷解决问题(孙 潋)
- 人教版新课标六年级下册语文全册教案
- 词语打卡
- photoshop实习报告
- 钢结构设计原理综合测试2
- 2014年期末练习题
- 高中数学中的逆向思维解题方法探讨
- 名师原创 全国通用2014-2015学年高二寒假作业 政治(一)Word版
- 北航《建筑结构检测鉴定与加固》在线作业三
- XX县卫生监督所工程建设项目可行性研究报告
- 小学四年级观察作文经典评语
- 浅谈110KV变电站电气一次设计-程泉焱(1)
- 安全员考试题库
- 国家电网公司变电运维管理规定(试行)
- 义务教育课程标准稿征求意见提纲
- 教学秘书面试技巧
- 钢结构工程施工组织设计
- 水利工程概论论文
- 09届九年级数学第四次模拟试卷
- 定压比热
- 测定
- 气体
- 实验
- 部编7上文言文《陈太丘》对比阅读汇编
- 《微机原理与接口技术》课后习题答案资料
- 小学奥数举一反三五年级1-40完整版
- 山西省实施《土地管理法》办法
- 必修1 5.幂函数及抽象函数(未完成)
- 09C语言半期考试卷(福州大学工程技术学院)
- 《数控车床编程与操作》教学工作总结
- 使用数码相机制作打印机ICC曲线的基本方法 - 图文
- 社会总资本在生产理论的主要内容和现实意义
- 有效培养小学生的作文能力
- 仪器分析实验报告
- 【化学】2018年河南省中原名校联考中考化学二模试卷带答案 -
- 2011届高三数学一轮复习试题:数学归纳法
- 市场调研项目教学课程总大纲
- 驾驶技巧-汽车之家会员提供(很详细)
- 砖工班组承包合同
- 第三章 统计整理
- 车辆质押合同全套件
- 北师大版八年级数学上第一章《勾股定理》测试题
- 外国语学院实验室安全知识题库