气体定压比热测试

学号：__ 日期：_ 地点：__ 课程名称：__________专业实验_____________指导老师：________________成绩：__________________ 实验名称： 气体定压比热测试 实验类型：________________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得

一、实验目的和要求

1． 了解气体比热测定装置的基本原理和构思； 2． 熟悉本实验中的测温，测湿，测流量的方法； 3． 掌握由基本数据计算比热的方法；

4． 测定自室温至150℃之间的空气的定压比热，绘制Cp~t的关系曲线；

二、实验内容和原理

引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：

dqdupdv 和 dqdhvdp （2-装订2）

订定压时dp0

线线cdqdhvdphpdTdTT

p （2-3）

此式直接由cp的定义导出，故适用于一切工质。 在没有对外界作功的气体的等压流动过程中：

dh1mdQp （2-４） 则气体的定压比热容可以表示为：

ctpt21Qpmt2t kJ/kg•℃ （2-5）

1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。

由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：

cpabtet2 （2-6）

式中a、b、e等是与气体性质有关的常数。例如空气的定压比热容的实验关系式：

cp1.023191.76019104T4.02402107T24.872681010T3kJ/kg•K

式中：T——绝对温度，K。

该式适用于250～600K，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。

由于比热随温度的升高而增大，所以在给出比热的数值时，必须同时指明是那个温度下的比热。根据定压比热的定义，气体在t℃时的定压比热等于气体自温度t升高到tdt时所需热量dq除以dt，即：

cpdq dt当温度间隔dt为无限小时，即为某一温度t时气体的真实比热。如果已得出c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et2dt

1122用逐项积分来求热量十分繁复。但在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，即可近似表示为：

cpabt （2-7）

则温度由t1至t2的过程中所需要的热量可表示为：

qabtdt （2-8）

t1t2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bt1t21t2t1t2 （2-9） 2大气是含有水蒸气的湿空气。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（2-8）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

t1t2 =mw1.833t2t10.0001556t2t122 kJ/s （2-10）

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：

cpmt2t1Qp(mmw)t2t1Qp'Qw(mmw)t2t1 （2-11）

式中：Qp'——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t1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

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

t2t1cpm

Q1Q2Qw1Qw2 kJ/kg•℃ （2-12） m1m2mw1mw2t2t1三、实验装置

1. 整个装置由风机或压缩机、流量计、比热仪本体、温度测量仪、干湿球温度计、电功率调节测量

系统等组成。

2. 比热议本体结构如图一所示，多层杜瓦瓶内构件：电热器、均流网、绝缘垫、旋流片、混流网。 3. 空气（也可以是其他气体）由风机或压缩机通过缓冲缺罐进入流量计送入比热仪本体、经加热、

均流、选流、混流、测温后流出，气体流量有气流阀控制：气体出口温度由电压变压器调节；

四、实验步骤

1． 接通电源和测量仪器；

2． 开动气源，调节气体流量，使流量保持在额定值附近。

3． 逐渐提高减压，使出口温度升高至预计温度（可以根据下式预先估计所需电功率W≈12△t/τ式

中W为电功率（瓦），出口温度差（℃），τ为每流过10升空气所需时间（秒））。

4． 待出口温度温度稳定，读出下列数据：每10升气体通过流量计所需时间：比热仪进口温度和出口

温度；当时大气压力和流量及出口处的表压，电热器的电压和电流。 5． 测量温度后将温度显示仪开关转向测量进口气体的温度。 6． 测量实验室内的空气湿含量。

五、实验数据记录

表一：原始数据

1 进口温度℃ 13.30 0.4 水柱压差mm 6.5 出口温度℃ 电压V 91.8 73.1 电流mA 47.8*2.5 流量m/h 3 2 进口温度℃ 流量m/h 313.72 0.4 水柱压差mm 6 出口温度℃ 电压V 139.1 148.1 电流mA 71.4*2.5 六、注意事项

1. 电热器不应在无气流通过情况下投入工作，以免引起局部过热而损害比热仪本体。 2. 输入电热器电压不得超过220伏，气体出口温度最高不得超过300℃。

3. 加热和冷却要缓慢进行，防止温度计比热仪本体因温度骤然变化和受热不均匀而破裂。 4. 停止实验时，应先切断电热器电源，让风机继续运行15分钟左右（温度较低时，时间可适当缩短）。 5. 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。