(9.1)--《工程热力学》实验工程热力学.ppt

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1、2023/12/172023/12/171 1工程热力学工程热力学实验实验2023/12/172023/12/172 2目目 录录实验要求实验要求实验原理实验原理2023/12/172023/12/173 31.作好实验的预习工作作好实验的预习工作2.实验过程中做到相互配合实验过程中做到相互配合3.独立撰写实验报告独立撰写实验报告4.数据处理过程及实验结果需表示在曲线数据处理过程及实验结果需表示在曲线 上的，曲线一律画在坐标纸上上的，曲线一律画在坐标纸上2023/12/172023/12/174 4实验报告内容实验报告内容1.实验目的实验目的2.实验装置简图实验装置简图3.实验原理简述实验原理

2、简述4.实验步骤实验步骤5.实验数据实验数据6.实验数据分析实验数据分析7.误差分析误差分析back2023/12/172023/12/175 5实验原理实验原理实验一实验一 液体比热的测定液体比热的测定实验二实验二 二氧化碳临界状态观测及二氧化碳临界状态观测及 p-v-t关系关系实验三实验三 空气定压比热测定空气定压比热测定 2023/12/172023/12/176 6实验一实验一 液体比热的测定液体比热的测定实验目的：测定机油的比热实验目的：测定机油的比热实验装置：实验装置：如图所示如图所示实验原理：实验原理：本实验采用本实验采用混合法混合法，根据能量平衡的原，根据能量平衡的原理测定机油

3、的比热，理测定机油的比热，具体分析具体分析如下如下实验方法：实验方法：步骤如下步骤如下实验结果要求：实验结果要求：要求如下要求如下2023/12/172023/12/177 71.热电偶热电偶2.试样筒试样筒3.加热炉加热炉4.活门活门5.瓶盖按钮瓶盖按钮6.瓶盖瓶盖7.热电堆热电堆8.承接网承接网9.杜瓦瓶杜瓦瓶10.水夹套水夹套11.搅拌转子搅拌转子12.磁钢磁钢13.电机电机2023/12/172023/12/178 82023/12/172023/12/179 9backback2023/12/172023/12/171010混合法：混合法：设质量为设质量为m1、m2比热容为比热容为c

4、1、c2的二物体温度的二物体温度分别为分别为t1、t2，当此二物体混合后，热量将在二者，当此二物体混合后，热量将在二者之间传递。达到热平衡后，二物体将具有共同的之间传递。达到热平衡后，二物体将具有共同的温度温度t。若热量传递过程中没有热损失，则一物体。若热量传递过程中没有热损失，则一物体放出的热量将等于另一物体得到的热量放出的热量将等于另一物体得到的热量 m1c1(t1-t)=m2c2(t-t2)如果比热如果比热c2已知，则待测比热已知，则待测比热c2由下式决定：由下式决定：c1=m2c2(t-t2)/m1(t1-t)backback2023/12/172023/12/171111具体分析：具

5、体分析：具体分析：具体分析：试样机油置于试样筒内，加热至温度恒定。试样机油置于试样筒内，加热至温度恒定。试样机油置于试样筒内，加热至温度恒定。试样机油置于试样筒内，加热至温度恒定。与试样筒一起落入杜瓦瓶中经精确称重的水中，与试样筒一起落入杜瓦瓶中经精确称重的水中，与试样筒一起落入杜瓦瓶中经精确称重的水中，与试样筒一起落入杜瓦瓶中经精确称重的水中，同时有转子对水进行充分搅拌，使水与试样达到同时有转子对水进行充分搅拌，使水与试样达到同时有转子对水进行充分搅拌，使水与试样达到同时有转子对水进行充分搅拌，使水与试样达到热平衡，平衡关系式如下：热平衡，平衡关系式如下：热平衡，平衡关系式如下：热平衡，平衡

6、关系式如下：2023/12/172023/12/171212试样在试样在tw2到到ts1温度范围内的定压平均比热，温度范围内的定压平均比热，即所需求的机油比热即所需求的机油比热试样筒材料在试样筒材料在tw2到到ts1温度范围内的定压比热温度范围内的定压比热由下式计算：由下式计算：其中其中tm为没有为没有Qleak和和Qstir时的平均比热时的平均比热杜瓦瓶中的水在杜瓦瓶中的水在tw1到到tw2温度范围内的定压温度范围内的定压平均比热平均比热2023/12/172023/12/171313Qstir 由于搅拌输入水中的能量由于搅拌输入水中的能量Qleak 经过瓶盖和瓶壁传入水中的能量经过瓶盖和瓶

7、壁传入水中的能量Qdrop 试样及试样筒在下落过程中的散热损失试样及试样筒在下落过程中的散热损失Qflask 杜瓦瓶的吸热量杜瓦瓶的吸热量Qdrop、Qflask的确定：的确定：下降过程瞬间完成，下降过程瞬间完成，Qdrop Qflask2023/12/172023/12/171414QQstirstir、QQleakleak影响的处理：影响的处理：影响的处理：影响的处理：QQstirstir、QQleakleak可以稳定传入系统的能量，从而对系统可以稳定传入系统的能量，从而对系统可以稳定传入系统的能量，从而对系统可以稳定传入系统的能量，从而对系统产生的影响也是稳定的。产生的影响也是稳定的。产

8、生的影响也是稳定的。产生的影响也是稳定的。2023/12/172023/12/171515平均温度的计算式及平均温度下的比热计算式平均温度的计算式及平均温度下的比热计算式平均温度的计算式及平均温度下的比热计算式平均温度的计算式及平均温度下的比热计算式2023/12/172023/12/171616 该式为最终的机油比热计算式，由此可知本试该式为最终的机油比热计算式，由此可知本试该式为最终的机油比热计算式，由此可知本试该式为最终的机油比热计算式，由此可知本试验需测定以下数据：验需测定以下数据：验需测定以下数据：验需测定以下数据：MMw w M Ms s M Mb b t tw1 w1 t tw2

9、 w2 t tw3 w3 t ts1s1计算出：计算出：计算出：计算出：t tmm backback2023/12/172023/12/171717实验步骤：实验步骤：1将试样筒在分析天平上称得重量将试样筒在分析天平上称得重量Mb2将试样在分析天平上称得重量将试样在分析天平上称得重量Ms3把试样筒和试样装入加热炉中段，并将热电偶始把试样筒和试样装入加热炉中段，并将热电偶始终插在试样筒，打开电源，加热炉即开始升温终插在试样筒，打开电源，加热炉即开始升温4用电位差汁测量热电偶电势变化，当不超过用电位差汁测量热电偶电势变化，当不超过0.02mv(约约0.5)时，可认为试样温度已达均匀一致时，可认为试

10、样温度已达均匀一致5称量约为称量约为350克蒸馏水，倒入社瓦瓶中，并插好热克蒸馏水，倒入社瓦瓶中，并插好热电堆电堆6将恒温器中水的温度调至比杜瓦瓶中水的初温高将恒温器中水的温度调至比杜瓦瓶中水的初温高8-13，然后开启循环泵将水打入水套进行循环，然后开启循环泵将水打入水套进行循环2023/12/172023/12/1718187将面板上钮子开关拨至将面板上钮子开关拨至“通通”位置，磁力搅拌位置，磁力搅拌器开始搅拌，搅拌器开始搅拌，搅拌10-15分钟分钟8测量热电堆的电势测量热电堆的电势(即水温即水温)，用秒表计时，每，用秒表计时，每隔两分钟读数一次，以第一次读数时为隔两分钟读数一次，以第一次读

11、数时为l时刻，每时刻，每次读数记下时间和电势数，水温呈线性上升次读数记下时间和电势数，水温呈线性上升9待到第待到第9分钟时，测量热电偶，读取试样热电分钟时，测量热电偶，读取试样热电偶的电势偶的电势Us(即即 ts1)，然后将试样筒快速放进杜瓦瓶，然后将试样筒快速放进杜瓦瓶内内10待到第待到第10分钟迅速读取杜瓦瓶内热电堆的电分钟迅速读取杜瓦瓶内热电堆的电势势(即水温即水温)继续每两分钟记录一次水温，在大约继续每两分钟记录一次水温，在大约15-25分钟后，水温呈线性上升，连续读取分钟后，水温呈线性上升，连续读取10-15分分钟线性上升的温度后测定即告结束钟线性上升的温度后测定即告结束backba

12、ck2023/12/172023/12/171919实验结果要求：实验结果要求：1.1.用坐标纸画出试验过程的用坐标纸画出试验过程的用坐标纸画出试验过程的用坐标纸画出试验过程的t tw w 曲线；曲线；曲线；曲线；2.2.计算计算计算计算t tm m；3.3.计算计算计算计算4.4.计算计算计算计算backback2023/12/172023/12/172020实验二 二氧化碳临界状态观测 及 p-v-t关系实验目的：实验目的：实验目的：实验目的：1、观察二氧化碳相变过程中的凝结（或汽化）现、观察二氧化碳相变过程中的凝结（或汽化）现象。象。2、测定临界参数，并观察临界状态附近气液两相、测定临界

13、参数，并观察临界状态附近气液两相界限模糊现象。界限模糊现象。3、观察超临界压力下加热和冷却时气液两相连续、观察超临界压力下加热和冷却时气液两相连续过渡现象。过渡现象。4、用定温法测定二氧化碳的、用定温法测定二氧化碳的pvT关系（在关系（在pv图上画出定温线）。图上画出定温线）。2023/12/172023/12/172121 简单可压缩系统处于平衡态时，状态参数简单可压缩系统处于平衡态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定关系，可表示为压力、温度和比容之间有确定关系，可表示为 F（p，v，T）=0 或或 v=f（p，T）实验原理：实验原理：2023/12/172023/12/172222202

14、3/12/172023/12/172323 维持温度不变，测定比容与压力的对应数值，就维持温度不变，测定比容与压力的对应数值，就可得到等温线的数据。在不同温度下对二氧化碳气体可得到等温线的数据。在不同温度下对二氧化碳气体进行压缩，将此过程画在进行压缩，将此过程画在pv图上，可得到如图图上，可得到如图41所示的二氧化碳所示的二氧化碳pvT关系曲线。当温度低于临界温关系曲线。当温度低于临界温度度tc时，该二氧化碳实际气体的等温线有气液相变的时，该二氧化碳实际气体的等温线有气液相变的直线段。随着温度的升高，相变过程的直线段逐渐缩直线段。随着温度的升高，相变过程的直线段逐渐缩短。当温度增加到临界温度时

15、，饱和液体和饱和气体短。当温度增加到临界温度时，饱和液体和饱和气体之间的界限已完全消失，呈现出模糊状态，称为临界之间的界限已完全消失，呈现出模糊状态，称为临界状态。二氧化碳的临界压力状态。二氧化碳的临界压力pc为为7.38MPa，临界温度，临界温度tc为为31.1。在。在pv图上，临界温度等温线在临界点图上，临界温度等温线在临界点上既是驻点，又是拐点。临界温度以上的等温线也具上既是驻点，又是拐点。临界温度以上的等温线也具有拐点，直到有拐点，直到48.1才成为均匀的曲线。才成为均匀的曲线。2023/12/172023/12/172424实验装置：如图所示实验装置：如图所示2023/12/1720

16、23/12/1725252023/12/172023/12/172626 实验装置系统如图实验装置系统如图4-2所示。气体的压力所示。气体的压力由活塞式压力计由活塞式压力计2的手轮来调节。压缩气体时，的手轮来调节。压缩气体时，缓缓转动手轮以提高油压。气体的温度由恒缓缓转动手轮以提高油压。气体的温度由恒温器温器3给水套供水而维持一定，并由水套内的给水套供水而维持一定，并由水套内的温度计读出。温度计读出。2023/12/172023/12/1727272023/12/172023/12/172828 压缩气体的压缩室本体由一根预先刻度并封压缩气体的压缩室本体由一根预先刻度并封有二氧化碳气体的玻璃毛

17、细管和水银室组成，如有二氧化碳气体的玻璃毛细管和水银室组成，如图图4-3所示。玻璃毛细管所示。玻璃毛细管1插入水银室插入水银室2中，之后，中，之后，再打开玻璃管下口。实验时，缓缓转动活塞式压再打开玻璃管下口。实验时，缓缓转动活塞式压力计力计2的手轮，逐渐增大压力油室的手轮，逐渐增大压力油室3中的油压，使中的油压，使毛细管中的水银面缓缓上升，压缩毛细管内的二毛细管中的水银面缓缓上升，压缩毛细管内的二氧化碳气体。二氧化碳气体的体积可由毛细管上氧化碳气体。二氧化碳气体的体积可由毛细管上的刻度读出。的刻度读出。2023/12/172023/12/1729292023/12/172023/12/1730

18、30实验：空气定压比热测定实验：空气定压比热测定 一、实验目的一、实验目的 1、掌握气体比定压热容的测量原理及其测量、掌握气体比定压热容的测量原理及其测量装置；装置；2、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及、掌握混合气体中组成气体比热容的测量及计算方法；计算方法；3、了解影响比热容测量精度的因素。、了解影响比热容测量精度的因素。2023/12/172023/12/173131二、实验原理二、实验原理 根据气体平均比热定压热容定义，当气体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在定压加热过程中温度由t1升到升到t2时，其平均时，其平均比定压热容值可以由下式确定：比定压热容值可以

19、由下式确定：2023/12/172023/12/173232式中：式中：湿空气在定压加热过程中的吸热量湿空气在定压加热过程中的吸热量 湿空气的质量流量湿空气的质量流量 湿空气在定压加热前后的温差湿空气在定压加热前后的温差 2023/12/172023/12/173333 湿空气是干空气和水蒸气的混合物，当湿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气中水蒸气的吸热量Qv时，干空气的比定压热时，干空气的比定压热容可由下式确定：

20、容可由下式确定：2023/12/172023/12/173434式中：式中：Qp湿空气在定压加热过程中的吸热量湿空气在定压加热过程中的吸热量 J/s Qv水蒸气的吸热量水蒸气的吸热量 J/s qm,a干空气的质量流量干空气的质量流量 kg/s 水蒸气的比定压热容可由如下经验公式确定：水蒸气的比定压热容可由如下经验公式确定：式中：式中：tv水蒸气的温度水蒸气的温度 2023/12/172023/12/173535三、实验装置三、实验装置 2023/12/172023/12/1736362023/12/172023/12/173737 本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、本实验装置由风机、流量计

21、、比热仪主体、调压器和功率表等组成。实验时，被测空气由风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流、混流后流出。比热仪主体构造如图22所所示。气体的流量由节流阀调节，比热仪出口温度示。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。以下气体的比定压热容。2023/12/172023/12/173838四、实验及实验数据处理步骤四、实验及实验数据处理步骤 1、将调压器指针旋至零，选择所需的

22、出口温度、将调压器指针旋至零，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽内，接通电源；计插入混流网的凹槽内，接通电源；2、开动风机，摘下流量计上的温度计和、开动风机，摘下流量计上的温度计和U型测型测压管，将干湿球温度计放在插口上，测出流量计压管，将干湿球温度计放在插口上，测出流量计出口空气的干球温度出口空气的干球温度(tO)和湿球温度和湿球温度(tW)及相对湿及相对湿度度；3、将温度计和、将温度计和U型管插回流量计，测出流量计型管插回流量计，测出流量计每通过每通过10升（指针转两圈）所需时间（升（指针转两圈）所需时间（秒）；秒）；2023/12/172023/12/1739393、待被测湿空气达到稳

23、定状态后，测量如下参数：、待被测湿空气达到稳定状态后，测量如下参数：（1）每流过每流过10升湿空气所需的时间升湿空气所需的时间 s（2）W 功率表读数功率表读数 W（3）t1，t2湿空气的进、出口温度湿空气的进、出口温度 （4）湿空气的相对湿度湿空气的相对湿度 （5）pe流量计出口处压差流量计出口处压差 mmH2O（6）pb大气压力大气压力 Pa 4、适当改变加热功率（湿空气出口温度），重复、适当改变加热功率（湿空气出口温度），重复步骤步骤3。2023/12/172023/12/1740405、根据流量计出口空气的干球温度和相对湿度、根据流量计出口空气的干球温度和相对湿度，以湿空气的焓湿图中查

24、出含湿量，以湿空气的焓湿图中查出含湿量(d 克克/公升公升)，并，并根据下式计算出水蒸汽的容积成分：根据下式计算出水蒸汽的容积成分：6、电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积加、电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积加以计算，但要考虑电表的内耗，设毫安表的内阻以计算，但要考虑电表的内耗，设毫安表的内阻为为RmA()，则可得出电热器在单位时间放出的热，则可得出电热器在单位时间放出的热量为：量为：Q（VIRmAI2）W2023/12/172023/12/1741417、干空气流量为：、干空气流量为：2023/12/172023/12/1742428、水蒸汽流量为：、水蒸汽流量为：2023/12/172023/12/1743439、水蒸汽吸收的、水蒸汽吸收的热热量量 10、计算不同空气出口温度时的湿空气及干空气、计算不同空气出口温度时的湿空气及干空气的平均比定压热容的平均比定压热容