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℃时的定压比热表示为
（1）
当式（1）的温度间隔为无限小时，即为某一温度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）。如果已得出的函数关系，温度由至的过程中所需要的热量即可按下式求得：
（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：
（3）
则温度由至的过程中所需要的热量可表示为：
（4）
由加热到的平均定压比热容则可表示为：
（5）
实验中，通过实验装置是湿空气，当湿空气气流由温度加热到时，其中水蒸气的吸热量可用式（4）计算，其中，，则水蒸气的吸热量为：迭代
（6）
式中：——气流中水蒸气质量，kg/s。
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则干空气的平均定压比热容由下式确定：
（7）
式中：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、后的温度仍为和的前提下，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和，加热器的加热量分别为和，辐射散热量为，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系：
两式相减消去项，得到：
（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
朝鲜族语言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。
图2 比热容测定仪结构原理图
1、8-温度计；2-多层杜瓦瓶；3-电加热器；
负重效应4-均流网；5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网
四、实验数据处理方法实验中需要测定干空气的质量流量、水蒸气的质量流量、电加热器的加热量（即气流吸热量）和气流温度等数据，测定方法如下：
1.干空气的质量流量和水蒸气的质量流量
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，测定流量计出口的气流温度（由流量计上的温度计测量）和相对湿度。根据与值，由湿空气的焓湿图确定含湿量，并计算出水蒸气的容积成分：
（9）
于是，气流中水蒸气的分压力为
（10）
式中：——流量计中湿空气的绝对压力，Pa：
（11）
式中：—当地大气压，kPa；由大气压力计读取。
—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：
（12）
式中：——水蒸气的气体常数： （13）
——绝对温度，K。
干空气的质量流量计算如下：
（14）
——干空气的气体常数： （15）
2.电加热器的加热量
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。
（16）
式中：——功率表读数，W；
3.气流温度
气流在加热前的温度为大气温度，用室内温度计测量；加热后的温度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和湿球温度。
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：，式中：W为电功率（W），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)大气压力计读数吴郡四姓B（kPa），流量计中气体表压（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和湿球温度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（g/kg干空气）。
5.每小时通过实验装置空气流量：
（17）
将各量代入式（14）可得出干空气质量流量的计算式：
（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：
（19）
六、计算实例
某一稳定工况实测参数如下：
＝8℃，＝7.8℃，＝8℃，＝99.727kPa，＝8℃，＝240.3℃，＝69.96s/10L，＝16mmH2O柱，＝41.842W，由，查焓湿图得www.902008＝94%，＝6.3g/kg干空气。计算如下：
1.水蒸气的容积成分：
代入式（9），得=0.010027
2.电加热器单位时间放出的热量：
代入式（16），得 kJ/h
3.干空气质量流量：
代入式（18），得
kg/h
4.水蒸气质量流量：
代入式（19），得
kg/h
5.水蒸气吸收的热量为：
1.728 kJ/h
则干空气的平均定压比热容为：
kJ/h
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
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