工程热力学实验指导书.docx

1、工程热力学实验指导书工程热力学实 验 指 导 书土木工程学院2009年5月19日一、气体定压比热测量实验二、二氧化碳临界状态观测及关系测定实验实验一 气体定压比热测量实验一、实验目的和要求、了解气体比热测定装置的基本设备与测量原理。、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。、掌握由基本数据计算出比热值和求得比热公式的方法。、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，如图所示，比热仪主体如图所示。图 实验装置图 比热仪主体实验时，被测空气由风机经湿式气体流量计送入比热仪主体，经加热、均

2、流、旋流、混流后流出。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（，）；气体经比热仪主体的出口温度（）；每流过10L空气所需的时间（）；电热器的输入功率（）；以及实验时相应的大气压（）和流量计出口处的表压（）。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（）。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（，）；气体经比热仪主体的出口温度（）；每流过10L空气所需的时间（）；电热器的输入功率

3、（）；以及实验时相应的大气压（）和流量计出口处的表压（）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（）。四、实验步骤和数据处理、接通电源及测量仪表，将型管（测量压力）安装好，将出口温度计插入混流网的凹槽中。、开动风机，旋转调节阀，读出每10L空气通过流量计所需时间（，秒），使流量保持在额定值附近。、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：，式中：为电热器输入电功率（）；为进出口温度差（）可假设从加热到，取个间隔，预估出；为每流过10L空气所需的时间（），连续加热进入设备的空气，记录加热后的出口温度。、需要记载的数据：室温；比热仪进口干、湿球温度即流量计的进口温度（，）；

4、连续变化的出口温度（，）；当时相应的大气压力（，）和流量计出口处的表压（，）；电热器的输入功率（，）。、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(，()，并根据下式计算出水蒸气的容积成分：、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（）：、干空气质量流量（）为：、水蒸气流量（）为：、水蒸气吸收的热量（）：、干空气的定压比热（）为：、计算举例假定某一稳定工况的实测参数如下：；10L；查干湿图得 ()（）并计算其他参数如下：()、比热随温度的变化关系假定在之间，空气的真实定压比热与温度之间近似地有线性关系，则由到的平均比热为：因此，若以 为横坐标， 为纵坐标，

5、则可根据不同的温度范围内的平均比热确定截距和斜率，从而得出比热随温度变化的计算式，并绘制变化关系图，如图所示。图 比热随温度的变化五、 实验注意事项、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。、输入电热器的电压不得超过。气体出口最高温度不得超过。、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。、停止试验时，应切断电热器，让风机继续运行分钟左右（温度较低时可适当缩短）。实验二 二氧化碳临界状态观测及关系测定实验一、实验目的和要求、了解临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。、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

6、概念的理解。、掌握的关系的测定方法，学会用测定实际气体状态变化规律的方法。、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，如图所示。图 试验台系统图 图 试验台本体试验台本体如图所示。其中高压容器；玻璃杯；压力机；水银；密封填料；填料压盖；恒温水套；承压汞容器；空间；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、之间有：或（）本实验就是根据式（），采用定温方法来测定的关系，从而找出的关系。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气体的承压玻璃管，被压缩，

7、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、比容和绝对温度之间存在某种确定关系，即状态方程理想气体的状态方程具有最简单的形式：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、之间关系的实际气体的状态方程。

8、因此，具体测定某种气体的、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不变的条件下进行的。三、实验内容、测定的关系。在坐标系中绘出低于临界温度（）、临界温度（）和高于临界温度（）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。、测定在低于临界温度（）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图中的曲线比较。、观测临界状态（）临界状态附近气液两相模糊的现象。（）气液整体相变现象。（）测定的、等临界参数，并将实验所得的

9、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、按图装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯。、恒温器准备及温度调节：（）把水注入恒温器内，注至离盖。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。（）在温度控制器的控制面板上通过上下键设定好实验用的温度。（）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。（）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的温度处于所标定的温度。（）当所需要改

10、变实验温度时，重复（）（）即可。、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：（）关闭进入本体油路的阀门，开启压力台上油杯的进油阀。（）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。（）先关闭油杯阀门，然后开启进入本体油路的两个阀门。（）摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。特别应注意以下情况，如螺杆已推进到极限位置，而压力尚未达到所需值，必须再一次抽油加压，此时要

11、严格按以下程序操作，先关本体油路控制阀；再开油杯进油阀，使压力表压力降至，倒退螺杆抽油至极限位置；然后关油杯进油阀，推进螺杆逐渐加压直到刚才所建立的油压时才能开油路控制阀（在此以前油路控制阀决不能开！），进一步加压。（）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。、作好实验的原始记录：（）设备数据记录：仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度。（）常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。（）测定承压玻璃管内质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定的比容，认为的比容与其高度是一种线性关系。具体方法如下：）已知液体在，

12、时的比容（，）0.00117m3。）实际测定实验台在，时的液柱高度（）。（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）由于：（，）所以：其中：即为玻璃管内的质面比常数。所以，任意温度、压力下的比容为：式中：任意温度、压力下水银高度承压玻璃管内径顶端高度。(注意：此值不能遗忘)、测定低于临界温度时的定温线。（）将恒温器调定在，并保持恒温。（）压力从开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。（）按照适当的压力间隔取值，直至压力。（）注意加压后的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。要将测得的实验数据及观察到的现象一

13、并填入表。、测定临界参数，并观察临界现象。（）按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力和临界比容，并将数据填入表。（）观察临界现象。临界温度指气体能通过加压压缩成液态的最高温度，当温度高于临界温度时，无论加多大的压力也不能使气体液化。理论上的临界温度是31.1，故实验时温度在此附近时，通过不断地加压能看到某一压力（理论上是，实验误差等影响可能是在其附近）看到水银柱上面出现少许白雾（液化）随后加压白雾消失，无论再怎么加压也不会出现液化现象。当实验温度低于31.1时，一直加压会出现少许液体，这是气液共存现象。当温度高于时，无论怎么加压也不会出现液化现象，当然如果此时忽然卸压会

14、出现少许液化，这是因为突然降压，绝热降温造成的。、测定高于临界温度时的定温线。将数据填入原始记录表。表等温实验原始记录 （临界）()现象()现象()现象进行等温线实验所需时间 分钟分钟分钟、按表的数据，如图在坐标系中画出三条等温线。、将实验测得的等温线与图所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及原因。、将实验测得的饱和温度与压力的对应值与图给出的曲线相比较。（）、将实验测定的临界比容与理论计算值一并填入表，并分析它们之间的差异及其产生误差的原因。表 临界比容标准值实验值图 标准曲线 图 曲线五、 实验注意事项、除时，须加压到绝对压力（表压）外，其余各等温线均在间测出值，表压不得超过，温度不应超过。、一般压力间隔可取，接近饱和状态和临界状态时压力间隔适当取小些。、加压过程应足够缓慢以实现准平衡过程，卸压时应逐渐旋转压力泵手柄，决不可直接打开油杯阀卸压。、实