专    业                 

 

班    级                 

 

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学    号                 

 

指导老师                 

 

 

 

 

 

 

8455新葡萄娱集团am(中国)有限公司土木工程学院实验中心

 

目    录

实验一  稳态平板法测定绝热材料的导热系数实验………1

实验二  强迫对流管蔟管外换热系数的测定实验…………6

实验三  中温辐射黑度测定实验……………………………10

实验四  气体定压比热测量实验……………………………14

实验五  二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验…..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验一 稳态平板法测定绝热材料的导热系数

实验指导书

一．实验的目的

1.巩固和深化稳态导热过程的基本理论，学习用平板法测定绝热材料导热系数的实验方法和技能。

2.测定试验材料的导热系数。

3.确定试验材料导热系数与温度的关系。

 

二．实验原理

导热系数是表征材料导热能力的物理量。对于不同的材料，导热系数是各不相同的；对同一材料，导热系数还会随着温度、压力、湿度、物质的结构和重度等因素而变异。各种材料的导热系数都用实验方法来测定，如果要分别考虑不同因素的影响，就需要针对各种因素加以试验，往往不能只在一种实验设备上进行。稳态平板法是一种应用一维稳态导热过程的基本原理来测定材料导热系数的方法，可以用来进行导热系数的测定实验，测定材料的导热系数及其和温度的关系。

实验设备是根据在一维稳态情况下通过平板的导热量Q和平板两面的温差△t成正比，和平板的厚度δ成反比，以及和导热系数λ成正比的关系来设计的。

我们知道，通过薄壁平板（壁厚小于十分之一壁长和壁宽）的稳态导热量为

Q=λF△t/δ     [w]

测试时，如果将平板两面的温差△t=t_R-t_L、平板厚度δ、垂直热流方向的导热面积F和通过平板的热流量Q测定以后，就可以根据下式得出导热系数：

λ=Qδ/（F△t）     w/（m.℃）

需要指出，上式所得的导热系数是在当时的平均温度下材料的导热系数值，此平均温度为：

               t’=(t_R+t_L)/2          [℃]

在不同的温度和温差条件下测出相应的λ值。然后将λ值标在λ—t’坐标图内，就可以得出λ=f(t’)的关系曲线。

 

三．实验装置及测量仪表

    稳态平板法测定绝热材料导热系数的实验装置如图1和图2所示。

将试验材料做成二块方形薄壁平板试件，面积为300×300[mm²]，实际导热计算面积F为200×200[mm²]，板的厚度为δ[mm]。平板试件分别被夹紧在加热器的上下热面和上下水套的冷面之间。加热器的上下面和水套与试件的接触面都设有铜板，以使温度均匀。利用薄膜式加热片实现对上、下试件热面的加热，而上下导热面积水套的冷却面是通过循环冷却水（或通以自来水）来实现。在中间200×200[mm²]部位上安设的加热器为主加热器。为了使主加热器的热量能够全部单向通过上下试件，并通过水套的冷水带走，在主加热器四周（即200×200[mm²]之外的四侧）设有四个辅助加热器（1-4），利用专用的温度跟踪控制器使主加热器以外的四周保持与主加热器的温度相一致，以免热流量向傍侧散失。主加热器的中心温度t₁(或t₂)和水套冷面的中心温度t₃(或t₄)用4个热电偶（埋设在铜板上）来测量；辅助加热器1和辅助加热器2的热面也分别设置两个辅热电偶t₅和t₆（埋设在铜板的相应位置上），其中一个辅热电偶t₅（或t₆）接到温度跟踪控制器上，与主加热器中心接来的主热电偶t₂（或t₁）的温度讯号相比较，通过跟踪控制器使

图1 实验台主体示意图

（循环冷却水的水箱和水泵未示出）

 

使全部辅加热器都跟踪到与主加热器的温度相一致。而在试验进行时，可以通过热电偶t₁（或t₂）和热电偶t₃(或t₄)测量出一个试件的两个表面的中心温度。也可以再测量一个辅助热电偶的温度，以便与主热电偶的温度相比较，从而了解主、辅加热器的控制和跟踪情况。温度是利用电位差计和转换开关来测量的。主加热器的电功率可以用电功率表和电流表来测量。

图2  试验台的电路联图

（用电位差计测温未示出）

 

四．实验方法和步骤

1．将两个平板试件仔细地安装在加热器的上下面，试件表面应与钢板严密接触，不应有空隙存在。在试件、加热器和水套等安装入位后，应在上面加压一定的重物，以使它们都能紧密接触。

2．联结和仔细检查各接线电路。将主加热器的两个接线端用导线接至主加热器电源；而四个辅助加热器经两两并联后再串联成串联电路（实验台上已联结好），并按图2所示联结到辅加热器电源上和跟踪控制器上。电压表和电流表（或电功率表）应按要求接入电路。将主热电偶之一t₂（或t₁）接到跟踪控制器面板上左侧的主热电偶接线柱上，而将辅热电偶之一t₅（或t₆）接到跟踪控制器上相应接线柱上。把主热电偶t₁（或t₂）、冷却水套热电偶t₃（或t₄）、和辅热电偶t₆（或t₅）都接到热电偶转换开关上，转换开关与电位差计的“未知”相接。

3．检查冷却水水泵极其通路是否正常工作，各热电偶是否正常完好，校正电位差计的零位。

4．接通加热器电源，并调节到合宜的电压，开始加温，同时开启温度跟踪控制器。在加温过程中，可通过个测温点的测量来控制和了解加热情况。开始时，可先不启动冷水泵，待试件的热面温度达到一定水平后，再启动水泵（或接通自来水），向上下水套通入冷却水。试验经过一段时间后，试件的热面温度和冷面温度开始趋于稳定。在这过程中可以适当调节主加热器电源、辅助加热器电源的电压，使其更快或更利于达到稳定状态。待温度基本稳定后，就可以每隔一段时间进行一次电功率W（或电压V和电流I）读数记录和温度测量，从而得到稳定的测试结果。

5．一个工况试验后，可以将设备调到另一工况，即调节主加热器功率后，再按上述方法进行测试，得到另一工况的稳定测试结果。调节的电功率不宜过大，一般在5～10W为宜。

6．根据实验要求，进行多次工况的测试。（工况以从低温到高温为宜）。

7．测试结束后，先切断加热器电源，并关闭跟踪器，经过10分钟左右再关闭水泵（或停放自来水）。

 

五．实验结果处理

实验数据取实验进入稳定状态后的连续三次稳定结果的平均值。导热量（即主加热器的电功率）：

      Q=W(或I.U)            [W]

      W—主加热器的电功率值  [W]

      I—主加热器的电流值    [A]

      U—主加热器的电压值    [V]

由于设备为双试件型，导热量向上下两个试件（试件1和试件2）传导，所以

      Q₁=Q₂=Q/2=W/2（或=I.U/2）  [W]

试件两面的温差：

      △t=t_R-t_L    [℃]

t_R—试件的热面温度（即t₁或t₂ ）   [℃]

t_L—试件的冷面温度（即t₃或t₄ ）   [℃]

平均温度为：

t’=(t_R+t_L)/2          [℃]

平均温度为t’时的导热系数：

λ=W.δ/[2(t_R-t_L )F]《或W.δ/[2(t_R-t_L )F]》    [w/(m. ℃)]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验一 稳态平板法测定绝热材料的导热系数

实验报告

实验日期      年   月   日

1、实验设备：

2、实验数据：

实验记录表

测读时间 时分	试件中心位置热面温度tR(℃)	试件中心位置冷面温度tL(℃)	△t (tR-tL) (℃)	Q (W)	备注
					试验最后
					的室温：
				16

 

试验材料：聚氯乙烯

试验外形尺寸：300×300[mm²]

导热计算面积：200×200[mm²]（即主加热器的面积）

试件厚度δ：15[mm]

主加热器电阻值：100Ω

辅加热器电阻值：4×25Ω

热电偶材料：镍鉻—镍硅

[注]t_R，t_L为热电偶用电位差计测出的毫伏数换算出的读数温度。

实际温度=读数温度+环境温度

3、实验结果处理

λ=W.δ/[2(t_R-t_L )F]

取实验记录中最后四点稳定的t_R和t_L值，计算出它们的平均值：

                t_R=

                t_L=

冷、热面的温差 △t=

λ=

 

班级：           姓名：           成绩：                指导教师：

实验二 强迫对流管蔟管外换热系数的测定

实验指导书

一.实验目的

1.了解对流换热的实验研究方法；

2.测定空气横向流过管蔟表面时的平均放热系数，并将实验数据整理成准则方程式；

3.学习测量风速、温度、热量的基本技能。

二.实验原理

根据相似理论，流体受迫外掠物体时的换热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对位置以及流体物性等的关系可用下列准则方程式描述：

Nu=f(Re，Pr)

实验研究表明，空气横掠管蔟表面时，由于空气普朗特数（Pr=0.7）为常数，故一般可将上式整理成下列的指数形式，

Nu_m=CRe_mⁿ

式中：C，n均为常数，由实验确定，

Nu_m—努谢尔特准则      Nu_m=αD/λ_m

Re_m—雷诺准则     Re_m=Wd/γ_m

上式各准则中：α—壁面平均对流换热系数[w/(m2.℃)]；

d—实验管外径，作为定性尺寸，[m]；

λ—空气的导热系数，w/(m.℃)；

W—空气流过实验管外最窄截面出流速，[m/s]；

γ—空气运动粘度，[m²/s]。

角下标“m”表示以空气边界层平均温度t_m=(t_w+t_f)/2作为定性温度。

式中：t_w—实验管壁面平均温度[℃]；

t_f—空气平均温度[℃]。

本实验的任务在于确定C与n的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关数据；电流I、电压V、管壁温度t_w、空气温度t_f、微压计动压头h。至于α、W在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组Re、Nu值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组Re、Nu值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。

三．实验设备

本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、毕托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。

实验风洞如图1所示（温度计、微压计、电位差计、调压变压器等在图中未示出）。

由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。

实验段为一叉排或顺排管蔟段，实验管置于管蔟第三排，管内装有电加热器作为热源，管壁嵌有四对热电偶对测壁温。

1-双扭曲线进风口；2-蜂窝器；3-整流金属网；4-第一测试段；5-实验段；

6-第二测试段；7-收缩段；8-测速段；9-橡胶连接管；10-风机；11-毕托管

图1.1 实验风洞简图

四．实验步骤

1．将毕托管与微压计连接好、校正零点；连接热电偶与电位差计，再将加热器、功率表以及调压变压器的线路连接好。经指导老师检查确认无误后，准备启动风机。

2．在关闭风机出口挡板的条件下启动风机，让风机空载启动，然后根据需要开启出口挡板，调节风量。

3．在调压变压器指针位于零位时，合电闸加热实验管，根据需要调整变压器，使其在某一热负荷下加热，并保持不变，使壁温达到稳定（壁温热电偶电势在三分钟内保持不变，即可认为已达到稳定状态）后，开始记录热电势、电功率、空气进出口温度及微压计的读数。电压不得超180V。

4．在一定热负荷下，通过调整风量来改变Re数的大小，因此保持调压变压器的输出电压不变，依次调节风机出口挡板，在各个不同的开度下测得其动压头，空气进、出口温度以及电位差计的读数，即为不同风速下，同一负荷时的实验数据。

5．不同热负荷条件下的实验，仅需利用调压变压器改变电加热器功率，重复上述实验步骤即可。

6．实验完毕后，先切断实验管加热电源，待实验管冷却后再关闭风机。

 

五．实验数据的整理计算

1．  壁面平均放热系数α

电加热器所产生的总热量Q，除了以对流方式由管壁传给空气外，还有一部分是以辐射方式传出，因此，对流换热量Q_c为

Q_c=Q-Q_r=W-Q_r                        Q_r=εC₀F[(T_w/100)⁴-(T_f/100)⁴]

式中：Q_r—辐射换热量[w]；                  W—加热电功率[w]；

ε—试管表面黑度；ε=0.6～0.7         C₀—绝对黑体辐射系数； C₀=5.67[w/(m².K⁴)]

T_w—管壁面的平均绝对温度[K]          T_f—空气进出口的平均绝对温度[K]

F—管表面积[m²]；

根据牛顿公式，壁面平均对流换热系数为

α=Q_c/[(T_w-T_f)F]    [w/(m².K)]

2．  空气流速的计算

采用毕托管在测速段截面中心点进行测量，由于实验风洞测速段分布均匀，因此不必进行截面速度不均匀的修正。

若采用倾斜式微压计测得的动压头为h，则由能量方程式：

P₁/r_空+u²/(2g)=P₂/r_空+0     而P₂-P₁=(r_水-r_空)h

U_水=[2g(P₂-P₁)/r_空]^1/2=[2gh(r_水-r_空)/r_空]^1/2=[2gh(ρ_水-ρ_空)/ρ_空]^1/2

式中：ρ_水—微压计水的密度，ρ_水= 1×10³kg/m³

ρ_空—空气的密度，根据空气的平均温度，可在有关书中查得。

h—倾斜式微压计液柱高[m]

由上式计算所得的流速是测速截面处的流速，而准则式中的流速是指流体流过试验管最窄截面的流速W，由连续性方程：

u_测.F_测=W(F_试-L.d.n)                     W=u_测.F_测/(F_试-L.d.n)

式中：u_测—测速处流体流速[m/s]                W—试验管最窄截面处流速[m/s]

F_测—测速处流道截面积[m²]               F_测=150×80mm²

F_试—放试管处流道截面积[m²]             F_试=450×150mm²

L—试验管有效管长；L=450mm           d—试验管外径；d=38mm(实测)

n—试验管数

3．计算定性温度t_m，并查出空气有关物性参数。

4．换热准则方程式

将数据代入准则式，并分别求得几组准则数，即可在Nu_m为纵坐标和以Re_m为横坐标的常用对数坐标图上，得到一些实验点，然后用直线连接起来，因

lgNu_m=lgC+nlgRe_m

lgC为直线的截距，n为直线的斜率，取直线上的两点，即可得：

n=(lgNu₂-lgNu₁)/(lgRe₂-lgRe₁)                      C=Nu_m/Re_mⁿ

即可得出具体的准则方程式Nu_m=CRe_mⁿ

[注意]：为减少取点误差起见，可多取几对点，得出多对C，n值，然后取其平均值作为最后的C，n值。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验二 强迫对流管蔟管外换热系数的测定

实验报告

实验日期      年   月   日

1、 实验设备：

2、 实验数据：

已知数据：

空气导热系数λ               试验管外径d =               试验管有效长度L = 

实   验 条   件	序号	电  压	电  流	壁面温度 （℃） t1，t2，t3	气体进口温度（℃） t1，t2，t3	气体出口温度（℃） t1，t2，t3	微压计读数 （Pa）	空气运动粘 (m2/s)
相同热负荷	1
	2
	3
不同热负荷	1
	2
	3

 

表一. 实验测试数据

 

表二. 实验计算数据

 

实  验 条  件	序号	总热量Q （w）	辐射换热量Qc （w）	对流换热量Qc （w）	对流换热系数h （w/m℃）	测试段流速u测 （m/s）	实验段流速u测 （m/s）	Nu	Re
相同热负荷	1
	2
	3
不同热负荷	1
	2
	3

 

班级：             姓名：           成绩：             指导教师

实验三 中温辐射黑度测定

实验指导书

一、实验目的

用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度ε。

二、实验原理：

由n个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法，可以求物体I的纯换热量Q_net.i

    (1)

式中： Q_net.i——i面的净辐射换热量。

Q_abs.i——i面从其他表面的吸热量。

           Q_e.i  ——i面本身的辐射热量。

           ε_i  ——i面的黑度。

          ψ_i(dk)——k面对i面的角系数。

           E_eff.k——k面有效的辐射力。

           E_b.i——i面的辐射力。

           —— i面的吸收率。

            F_i——i面的面积。

根据本实验的设备情况，可以认为：

1、传导圆筒2为黑体。

2、热源。传导圆筒2。待测物体（受体）3，它们表面上的温度均匀（图1）。

图一辐射换熱简图

1—热源  2—传导圆筒  3—待测物体

因此，公式（1）可写成：

Q_net.3=₃(E_{b.1 F1}ψ_i.3+ E_{b.2 F2}ψ_2.3+ε₃E_{b.3 F3})

因为F₁= F₃；₃=ε₃；ψ_3.2=ψ_1.2 又根据角系数的互换性F₂ψ_2.3= F₃ψ_3.2 ，则：

 q₃=Q_net.3/F₃=ε₃(E_b.1ψ_i.3+ E_b.2ψ_1.2)－ε₃E_b.3

= ε₃(E_b.1ψ_i.3+ E_b.2ψ_1.2－E_b.3)               （2）

由于受3与环境主要以自然对流方程换热，因此：

     q₃=(t₃－t_f)                                     （3）

式中：——换热系数

t₃——待测物体（受体）温度

t_f——环境温度

由（2）、（3）式得：

               （4）

当热源1和黑体圆筒2的表面温度一致时，E_b1=E_b2 ，并考虑到，体系1，2，3，为封闭系统，则：

       ψ_i.3+ψ_1.2=1

由此，（4）式可写成：

       （5）

式中σ_b称为斯蒂芬——玻尔茨曼常数，其值为5.7×10^-8w/m²k⁴。

对不同待测物体（受体）a,b的黑度ε为：

；

设a_a=a_b,则：

                    （6）

当b为黑体时，ε_b≈1，（6）式可写成：

                 （7）

三、实验方法：

本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（热源一组，传导体二组），使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测”（受体为待测物体，具有原来的表面状态）和“黑体”（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两    种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。

四、具体步骤如下：

1、热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。

2、接通电源，设定到试验所需温度，系统自动跟踪设定温度。

3、系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于3℃），开始测试受体温度，当受体温度五分钟内的变化小于3℃时，计下一组数据。“待测”受体实验结束。

4、取下受体，将受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体薰黑，然后重复以上实验，测得第二组数据。

将两组数据代入公式即可得出代测物体的黑度ε_受。

五、注意事项：

1、热源及传导的温度不宜超过95℃。

2、每次做原始状态实验时，建议用汽油或酒精将代测物体表面擦净，否则，试验结果将有较大出入。

六、试验所用计算公式：

根据（6）式本实验所用计算公式为：

               （8）

式中： ε₀——相对黑体的黑度，该值可假设为1。

       ε_受——代测物体（受体）的黑度。

_受——受体与环境的温差。

₀——黑体与环境的温差。

T_源——受体为相对黑体时热源的绝对温度。

——受体为被测物体时的热源绝对温度。

T₀——相对黑体的绝对温度。

T_受——待测物体（受体）的绝对温度。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验三中温辐射黑度测定

实验报告

                                              实验日期      年   月   日

1、实验设备：

2、实验数据：

3、实验结果

序号 N0	热源 ℃	传导  ℃		受体（紫铜光面） ℃	备注
		1	2
1 2 3					室温   ℃
平均 ℃
序号 N0	热源 ℃	传导  ℃		受体（紫铜薰黑） ℃
		1	2
1 2 3
平均 ℃

将以上数据代入（8）式得：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级：           姓名：           成绩：                指导教师：

实验四 气体定压比热测量

实验指导书

一、实验目的

　　1、掌握气体比定压热容的测量原理及其测量装置；

　　2、掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法；

　　3、掌握由基本数据计算比热值和比热公式的方法；

　　4、分析实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。

二、实验原理

　　 根据气体平均比热定压热容定义，当气体在定压加热过程中温度由t₁升到t₂时，其平均比定压热容值可以由下式确定：

　　式中：—湿空气在定压加热过程中的吸热量，J／s；

　　　　　q_m—湿空气的质量流量，kg／s；

　　　　　(t₁－t₂)—湿空气在定压加热前后的温差，℃。

　　湿空气是干空气和水蒸气的混合物，当湿空气中水蒸气含量较少，分压力较低时，水蒸气可以当作理想气体处理。显然，当已知湿空气中水蒸气的吸热量Q_v时，干空气的比定压热容可由下式确定：

　　式中：Q_p—湿空气在定压加热过程中的吸热量，J／s；

　　　　　Q_v—水蒸气的吸热量，J／s；　q_m，a—干空气的质量流量，kg／s。

　　提示：水蒸气的比定压热容可由如下经验公式确定：

式中：t_v－水蒸气的温度 ℃

 

三、实验装置

（如图1）所示本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。实验时，被测空气由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。比热仪主体构造如图2－2所示。气体的流量由节流阀调节，比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。比热仪可测200℃以下气体的比定压热容。

 

　　

图1为比热仪装置示意图。

1.比热仪主体2.风机3.加湿器4.出口温度计5.进口温度计6.风管压力7.孔板流量

8. 气体流量调节阀9.湿度传感器10.显示11,电功率调节12.加湿器开关

13.电源开关14.湿度调节

四、实验及实验数据处理步骤

1、接通电源及测量仪表。
2、调节阀全开。
3、开动风机，调节调节阀，使流量计保持在实验要求值附近。测出空气湿度(根据实验要求调节湿度调节旋钮来调节湿度大小)可以根据下式预先估计所需电功率：

式中：Ｗ－电功率（Ｗ）；

－进出口温度差（℃）；

－每流过10升空气所需时间（s）。

4、待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或变化微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：比热仪进口温度（，℃）和出口温度（，℃）；风压（Pa, Pa)；电热器的电功率（Ｗ，Ｗ）；相对湿度（&，%）；室温（_t3，℃）；风管直径（D,   m）

风管温度（t。℃）

5、根据室温计算出饱和湿空气中水蒸气分压力Ps，

                       （Ps)=2/15exp[18.5916-3991011/(t+233.84)]

6，根据相对湿度计算出含湿量(d,  g/Kg)

                         d=0622&Ps/(p-&Ps)

7, 并根据下式计算出水蒸汽的成分：

8、电热器消耗得功率可由瓦特表读出，则可得电热器单位时间放出得热量为：

Ｑ＝Ｗ×401868×10ＫＷ

9,根据风压求流量

           风速(u)=[2×风压(P)/ρ]开根号

        流量（v）=面积×风速(u)=3.14×(D/2)的平方×[2×风压(Pa)/ρ]开根号

 

10、干空气流量为：

_Gg=Pg×v/(Rg×To)=(1-r _w ) ×{大气压（P）+风压}×流量/{29.27 ×(t。+273.15)}       kg/s

11、水蒸汽流量为：

 Gw= _Pw×v/(Rw×To)=r _w ×{大气压（P）+风压}×流量/{47.06 ×(t。+273.15)          kg/s

12、水蒸汽吸收得热量为：

  Qw= Gw×{0.4404（ _t2—t1)_+0.00005838×（_{t2平方-t1平方}) }×40186                        kJ

13、干空气得定压比热为：

            Cmp=(Q- Qw_{)/ Gg(t2—t1})     kJ/(kg·℃)

 14,测量数据

_{=29.9℃， =74.7℃，} t。=30℃,  Pa=3767 Pa,  &=30,  _t3=25℃,   Ｗ=18.5w

15,计算结果

Ps=3170pa  d=0.59  g/Kg  Rw=.000948  Q=18.5 ×4.1868×0.0001=0.07746

流量（v）=0.0001174,     _Gg=0.00138,             Qw=0.00006837 ,

Cmp=1.25 kJ/(kg·℃)

五、注意事项

1、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。

2、输入电热器的电压不得超过220V，气流出口最高温度不得超过300℃。

3、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升和骤降而破裂。

4、停止实验时，应先切断电热器。让风机继续运行十五分钟左右（温度较低时可适当缩短）。

实验四气体定压比热测量

实验报告

实验日期      年   月   日

1、实验设备：

2、实验数据：

 

 

 

 

 

班级：              姓名：           成绩：              指导教师：

实验五 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定

实验指导书

一、实验目的

1、了解CO₂临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。

2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。

3、掌握CO₂的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。

4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。

二、实验内容

1、测定CO₂的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）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。

2、测定CO₂在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的t_s-p_s曲线比较。

3、观测临界状态

（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。

（2）气液整体相变现象。

（3）测定CO₂的p_c、v_c、t_c等临界参数，并将实验所得的v_c值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。

三、实验设备及原理

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（如图一所示）。

               

图一  试验台系统图

                

图二  试验台本体

试验台本体如图二所示。其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃杯；9—CO₂空间；10—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p、v、t之间有：

           F(p,v,t)=0          或t=f(p,v)                                          （1）

本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO₂的p-v-t关系，从而找出CO₂的p-v-t关系。

实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO₂气体的承压玻璃管容器，CO₂被压缩，其压力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。

实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。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二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。

四、实验步骤

1、按图一装好实验设备。

2、恒温器准备及温度调节：

（1）、把水注入恒温器内，至离盖30～50mm。检查并接通电路，启动水泵，使水循环对流。

（2）、把温度调节仪波段开关拨向调节，调节温度旋扭设置所要调定的温度，再将温度调节仪波段开关拨向显示。

（3）、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。

（4）、观察温度，其读数的温度点温度设定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO₂的温度处于设定的温度。

（5）、当所需要改变实验温度时，重复（2）～（4）即可。

注：当初使水温高于实验设定温度时，应加冰进行调节。

3、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，再向主容器管充油，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：

（1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台油杯上的进油阀。

（2）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。

（3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。

（4）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。

（5）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。

4、作好实验的原始记录：

（1）设备数据记录：

仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。

（2）常规数据记录：

室温、大气压、实验环境情况等。

（3）测定承压玻璃管内CO₂质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO₂的比容，认为CO₂的比容与其高度是一种线性关系。具体方法如下：

a）已知CO₂液体在20℃，9.8MPa时的比容（20℃，9.8Mpa）=0.00117M³·㎏。

b）实际测定实验台在20℃，9.8Mpa时的CO₂液柱高度Δh₀（m）。（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）

c）∵（20℃，9.8Mpa）=

   ∴

   其中：K——即为玻璃管内CO₂的质面比常数。

所以，任意温度、压力下CO₂的比容为：

    （m³/kg）

   式中，Δh=h-h₀

         h——任意温度、压力下水银柱高度。

         h₀——承压玻璃管内径顶端刻度。

5、测定低于临界温度t=20℃时的等温线。

（1）将恒温器调定在t=20℃，并保持恒温。

（2）压力从4.41Mpa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，以保证等温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。

（3）按照适当的压力间隔取h值，直至压力p=9.8MPa。

（4）注意加压后CO₂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并填入表1。

（5）测定t=25℃、27℃时其饱和温度和饱和压力的对应关系。

6、测定临界参数，并观察临界现象。

（1）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p_c和临界比容_c，并将数据填入表1。

（2）观察临界现象。

a）整体相变现象

由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。

b）汽、液两相模糊不清的现象

处于临界点的CO₂具有共同参数（p,v,t），因而不能区别此时CO₂是气态还是液态。如果说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；如果说它是液体，那么，这个液体又是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时处于临界温度下，如果按等温线过程进行，使CO₂压缩或膨胀，那么，管内是什么也看不到的。现在，我们按绝热过程来进行。首先在压力等于7.64Mpa附近，突然降压CO₂状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内CO₂出现明显的液面。这就是说，如果这时管内的CO₂是气体的话，那么，这种气体离液区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，突然压缩CO₂时，这个液面又立即消失了。这就告诉我们，这时CO₂液体离气区也是非常接近的，可以说是接近气态的液体。既然，此时的CO₂既接近气态，又接近液态，所以能处于临界点附近。可以这样说：临界状态究竟如何，就是饱和汽、液分不清。这就是临界点附近，饱和汽、液模糊不清的现象。

7、测定高于临界温度t=50℃时的定温线。将数据填入原始记录表1。

五、实验结果处理和分析

1、按表1的数据，如图三在p-v坐标系中画出三条等温线。

2、将实验测得得等温线与图三所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及原因。

3、将实验测得的饱和温度与压力的对应值与图四给出的t_s-p_s曲线相比较。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验五 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定

实验报告

实验日期      年   月   日

1、实验设备：

2、实验数据：

 

 

t=20℃				t=31.1℃（临界）				t=50℃
p (Mpa)	Δh	v=Δh/K	现象	p (Mpa)	Δh	v=Δh/K	现象	p (Mpa)	Δh	v=Δh/K	现象
进行等温线实验所需时间
分钟				分钟				分钟

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级：         姓名：           成绩：          指导教师：