空气比定压热容的测定

气比定压热容的测定

一、实验目的

(1)了解比热容测定装置的设备组成及各设备的作用，掌握比热容测定方法。

(2)掌握本实验中的温度、压力、流量、热量等的测定方法。

(3)掌握计算比热值和求得比热容公式的方法，并计算空气的比定压热容。

(4)列表示平均比热容与温度的关系，并用方程表示。

二、实验原理

实验台通过在定压条件下加热空气，根据空气温度的变化和流量的大小测出空气的定压比热容，即根据cpt2t1Qpmt2t1kJ/kgK确定，式中：m为气体

的质量流量，kg/s；Qp为气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。

在距室温不很远的温度范围内，空气的比定压热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似表示为cpabt，由t1加热到t2的平均比热容为

ttt1t2，因此，若以12为横坐标，cp为纵坐标，则可t12t2t12

根据不同温度范围内的平均比热容确定截距a和斜率b，从而得出比热容随温度变化的近似关系式。 cpt2t2t1(abt)ab

（1）空气中水蒸气容积成分iv的确定。大气是含有水蒸气的湿空气，当湿空气的温度由t1加热到t2时，根据布置在流量计出口的干湿球温度计读数t、tw，从干湿球温度计的湿度表中查的空气的相对湿度，再由和干球温度t从湿空气的焓湿图查出含湿量d，则可用下式计算出空气中水蒸气的容积成分（也称为体积分数） d/622iv100% 1d/622

式中：d为含湿量，g（水蒸气）/kg（干空气）。

（2）湿空气的吸热量Qp的确定。当比热议出口空气温度稳定时，湿空气吸收的热量即为电热器消耗的电功率。功率的测定方法有两种，一种是根据测量的电压和电流计算；另一种由功率表直接测量。吸热量的单位为kJ/s。

（3）干空气质量流量m的确定

mapaVa(p09.8h)(1iv)10/1000/ RaT287.05（t273.15）

式中：p0为当地的大气压力，Pa；pa为干空气的压力，Pa；Va为干空气的体积，

h为流量计出口处的表压力，m3；；mmH2O；J/（kgK）Ra为干空气的气体常数，

t为流量计出口处的温度，℃；为每10L气体通过流量计所需的时间，s。

（4）水蒸气质量流量m的确定

mvpvVv(p09.8h)iv10/1000/ RvT461.5（t273.15）

式中：pv为当地的大气压力，Pa；Vv为水蒸气的体积，m3；Ra为水蒸气的气体常数，J/(kgK)。

（5）水蒸气吸热量Qv的确定

Qvmv1.844（t2t1）0.0002443(t2t1) （kJ/s）

式中：t1、t2为气体流经比热仪主体的进、出口温度，℃。

（6）干空气的比定压热容计算

cpt2t1QpQvQakJ/kgK mat2t1mat2t1式中：Qa为干空气的热流量，kJ/s。

由以上计算过程可以看出，要计算干空气的比定压热容，需要测定的相关量分别是t,tw,t1,t2,,p0,h,d,Qp。

三、实验装置及其规范

实验装置由风机、湿式气体流量计（含温度计、U行压差计）、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。附属测量仪表有大气压力表、干湿球温度计、秒表，图2为比热仪主体结构示意图。

图1 比定压热容实验装置

图2 比热仪主体

实验时，被测空气（也可是其他气体）有风机经流量计送进比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。气体流量有节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。

该比热仪可测300度以下气体的定压比热容。

规范:（1)切勿在无气流通过的情况下将加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。

(2)输入加热器的电压不得超过200V，气体出口最高温度不得超过200℃。

(3)加热和冷却要缓慢进行，防止比热仪主体因为温度骤变而破裂。

(4)测度表压力h时，因液面上下波动，应读取其平均值。

(5)不许随意调整数控温度表的温度设定值。

(6)不要在靠近风机处方纸屑，以免将纸屑吸入系统或堵塞管道。

(7)试验结束后，应先关加热器，等t2降至30℃左右再停风机，最后关掉总电源。

四、 实验步骤

（1）检查调压器的输出电压是否在零位状态，不再时，调至零位状态。加热器和风机开关全部出于关闭状态（向下），节流阀全开。

（2）接通总电源，启动风机，摘下流量计出口温度计活塞，调节节流阀直至流量达到仪器上标注的额定值附近。流出的空气流吹过干湿球温度计的湿纱布表面，直至湿球温度计的读值恒定不变，记录湿球温度tw。

（3）将温度计活塞插回流量计，调大流量，使它仍保持在额定值附近。当指针转动均匀时，用秒表测量流过流量计10L空气所需时间。打开加热器开关，逐渐提高加热器功率，使出口温度升高至预计温度（最高不超过200℃）。可根tP为电功率，t为进出口温度差，据式P12预先估计所需功率，式中：W；℃；



为每流过10L空气所需时间，s。

（4）带出口温度稳定后（出口温度t2在10min之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出并记录相关数据，填入数据记录表中。

（5）改变加热器功率使出口温度发生变化，带出口温度稳定后，再读取数据，如此重复不少于3次，以便进行数据整理及误差分析。

（6）测试结束后，将调压旋钮旋至输出电压零位，并切断加热器电源，但风机应继续运转，直至出口温度将至30℃以下后再停运，然后关闭总电源，结束实验。

五、数据记录与处理

1.常规数据记录

室温t0=27℃

气比定压热容的测定

一、实验目的

(1)了解比热容测定装置的设备组成及各设备的作用，掌握比热容测定方法。

(2)掌握本实验中的温度、压力、流量、热量等的测定方法。

(3)掌握计算比热值和求得比热容公式的方法，并计算空气的比定压热容。

(4)列表示平均比热容与温度的关系，并用方程表示。

二、实验原理

实验台通过在定压条件下加热空气，根据空气温度的变化和流量的大小测出空气的定压比热容，即根据cpt2t1Qpmt2t1kJ/kgK确定，式中：m为气体

的质量流量，kg/s；Qp为气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。

在距室温不很远的温度范围内，空气的比定压热容与温度的关系可近似认为是线性的，即可近似表示为cpabt，由t1加热到t2的平均比热容为

ttt1t2，因此，若以12为横坐标，cp为纵坐标，则可t12t2t12

根据不同温度范围内的平均比热容确定截距a和斜率b，从而得出比热容随温度变化的近似关系式。 cpt2t2t1(abt)ab

（1）空气中水蒸气容积成分iv的确定。大气是含有水蒸气的湿空气，当湿空气的温度由t1加热到t2时，根据布置在流量计出口的干湿球温度计读数t、tw，从干湿球温度计的湿度表中查的空气的相对湿度，再由和干球温度t从湿空气的焓湿图查出含湿量d，则可用下式计算出空气中水蒸气的容积成分（也称为体积分数） d/622iv100% 1d/622

式中：d为含湿量，g（水蒸气）/kg（干空气）。

（2）湿空气的吸热量Qp的确定。当比热议出口空气温度稳定时，湿空气吸收的热量即为电热器消耗的电功率。功率的测定方法有两种，一种是根据测量的电压和电流计算；另一种由功率表直接测量。吸热量的单位为kJ/s。

（3）干空气质量流量m的确定

mapaVa(p09.8h)(1iv)10/1000/ RaT287.05（t273.15）

式中：p0为当地的大气压力，Pa；pa为干空气的压力，Pa；Va为干空气的体积，

h为流量计出口处的表压力，m3；；mmH2O；J/（kgK）Ra为干空气的气体常数，

t为流量计出口处的温度，℃；为每10L气体通过流量计所需的时间，s。

（4）水蒸气质量流量m的确定

mvpvVv(p09.8h)iv10/1000/ RvT461.5（t273.15）

式中：pv为当地的大气压力，Pa；Vv为水蒸气的体积，m3；Ra为水蒸气的气体常数，J/(kgK)。

（5）水蒸气吸热量Qv的确定

Qvmv1.844（t2t1）0.0002443(t2t1) （kJ/s）

式中：t1、t2为气体流经比热仪主体的进、出口温度，℃。

（6）干空气的比定压热容计算

cpt2t1QpQvQakJ/kgK mat2t1mat2t1式中：Qa为干空气的热流量，kJ/s。

由以上计算过程可以看出，要计算干空气的比定压热容，需要测定的相关量分别是t,tw,t1,t2,,p0,h,d,Qp。

三、实验装置及其规范

实验装置由风机、湿式气体流量计（含温度计、U行压差计）、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。附属测量仪表有大气压力表、干湿球温度计、秒表，图2为比热仪主体结构示意图。

图1 比定压热容实验装置

图2 比热仪主体

实验时，被测空气（也可是其他气体）有风机经流量计送进比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。气体流量有节流阀控制，气体出口温度由输入电加热器的功率来调节。

该比热仪可测300度以下气体的定压比热容。

规范:（1)切勿在无气流通过的情况下将加热器投入工作，以免引起局部过热而损坏比热仪主体。

(2)输入加热器的电压不得超过200V，气体出口最高温度不得超过200℃。

(3)加热和冷却要缓慢进行，防止比热仪主体因为温度骤变而破裂。

(4)测度表压力h时，因液面上下波动，应读取其平均值。

(5)不许随意调整数控温度表的温度设定值。

(6)不要在靠近风机处方纸屑，以免将纸屑吸入系统或堵塞管道。

(7)试验结束后，应先关加热器，等t2降至30℃左右再停风机，最后关掉总电源。

四、 实验步骤

（1）检查调压器的输出电压是否在零位状态，不再时，调至零位状态。加热器和风机开关全部出于关闭状态（向下），节流阀全开。

（2）接通总电源，启动风机，摘下流量计出口温度计活塞，调节节流阀直至流量达到仪器上标注的额定值附近。流出的空气流吹过干湿球温度计的湿纱布表面，直至湿球温度计的读值恒定不变，记录湿球温度tw。

（3）将温度计活塞插回流量计，调大流量，使它仍保持在额定值附近。当指针转动均匀时，用秒表测量流过流量计10L空气所需时间。打开加热器开关，逐渐提高加热器功率，使出口温度升高至预计温度（最高不超过200℃）。可根tP为电功率，t为进出口温度差，据式P12预先估计所需功率，式中：W；℃；



为每流过10L空气所需时间，s。

（4）带出口温度稳定后（出口温度t2在10min之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出并记录相关数据，填入数据记录表中。

（5）改变加热器功率使出口温度发生变化，带出口温度稳定后，再读取数据，如此重复不少于3次，以便进行数据整理及误差分析。

（6）测试结束后，将调压旋钮旋至输出电压零位，并切断加热器电源，但风机应继续运转，直至出口温度将至30℃以下后再停运，然后关闭总电源，结束实验。

五、数据记录与处理

1.常规数据记录

室温t0=27℃