《工程熱力學》課堂實驗/實踐指導書課程中文名稱：工程熱力學課程英文名稱：EngineeringThermodynamics課程編號：020060050適用專業：新能源科學與工程學時數：48學分數：3課程類別：專業課程應開課學期：第三學期實驗/實踐一：空氣PVT關系實驗/實踐類型：操作實驗/實踐學時：4實驗/實踐要求：5人/組一、實驗/實踐目的1.測定二氧化碳的P-V-T關系，觀察臨界現象：①臨界狀態附近氣液兩相模糊的現象。②氣液整體相變現象。③測定CO2的pc、vc、tc等臨界參數，并將實驗所得的vc值與理想氣體狀態方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡述其差異原因。二、實驗/實踐內容1.測定CO2的P-V-T關系，在P-V坐標中繪出t為20℃，27℃，31.1℃，50℃四種等溫曲線，與標準試驗曲線及克拉貝隆方程和范德瓦爾方程的理論計算值相比較并分析差異原因。2.測定在不同壓力下飽和蒸汽和飽和液體的比容（或密度）及飽和溫度和飽和壓力的對應關系。觀察凝結和汽化過程及臨界狀態附近汽液兩相模糊的現象。3.測定二氧化碳飽和溫度和飽和壓力的對應關系。三、儀器設備空氣PVT關系儀四、實驗/實踐原理、方法、手段和步驟（一）實驗原理、方法和手段（1）對簡單可壓縮熱力系統，當工質處于平衡狀態時，其狀態參數p、v、t之間有：本試驗就是根據式（1），采用定溫方法來測定CO2的p-v之間關系，從而找到CO2的p-v-t關系。（2）實驗中由壓力臺送來的壓力油進入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入預先裝了CO2氣體的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺上的活塞桿的進、退來調節，溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調節。（3）實驗工質CO2的壓力由裝在壓力臺上的壓力表讀出（如要提高精度可由加在活塞轉盤上的平衡砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出，比體積首先由承壓玻璃管內二氧化碳柱的高度來度量，而后再根據承壓玻璃管內經不均勻、截面積不變等條件換算得出。（二）實驗步驟1、按圖1裝好實驗設備，并開啟試驗本體上的日光燈（易于觀察）：2、使用恒溫器調定溫度3、加壓前的準備4、做好實驗的原始記錄及注意事項（1）設備數據記錄：儀器：儀表的名稱、型號、規格、量程、精度。（2）常規數據記錄：室溫、大氣壓、實驗環境情況等。（3）測定承壓玻璃管內C的質面比常數k值。由于充進承壓玻璃管內的CO2的質量不變測量，而玻璃管內徑或截面積（A）又不易測準，因而試驗中多采用間接方法來確定CO2的比體積，認為CO2的比體積v與其高度是一種線性關系。具體如下：（4）、實驗中應注意以下幾點：（a）、做各條定溫線時，試驗壓力≤9.8MPa、試驗溫度≤50（℃）；（b）、一般取h時壓力間隔可取0.196~0.490MPa，但在接近飽和狀態時和臨界狀態時，壓力間隔應取為0.49MPa。（c）、實驗中取h時，水銀柱液面高度的讀數要注意，應使視線與水銀柱半圓形液面的中間一齊。5、測定低于臨界溫度t=20℃時的定溫線6、測定臨界等溫線和臨界參數，臨界現象觀察。7、測定高于臨界溫度t=50℃時的等溫線，要將數據填入表中。五、實驗/實踐結果處理1、將表1的數據仿圖三繪出p-v圖，畫出三條等溫線;2、將實驗測得的等溫線與圖三所示的標準等溫線比較、并分析之間的差異和原因；3、將實驗測得的飽和溫度與飽和壓力的對應值與圖四繪制出的曲線比較；4、將實驗測定的臨界比容與理論計算值一并填入表并分析之間的差異和原因。六、實驗/實踐注意事項1．實驗采用教師課堂演示、學生上機操作的實驗方式；2．上機實驗前，學生應認真預習有關的實驗內容；3．學生完成實驗后須撰寫實驗報告；七、預習與思考題1．分析比較等溫曲線的實驗值與標準值之間的差異及其原因？2．分析比較臨近比容的實驗值與標準值及理論計算值之間的差異及原因？實驗/實踐二：空氣定壓比熱測定實驗/實踐類型：操作實驗/實踐學時：2實驗/實踐要求：5人/組一、實驗/實踐目的1.了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構思。2.熟悉本實驗中的測溫、測壓差、測熱量的方法。二、實驗/實踐內容1.掌握由基本數據計算出比熱值和求得比熱公式的方法。2.分析本實驗產生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。3.測定300℃以下氣體的定壓比熱。三、儀器設備DYR131空氣定壓比熱測定儀四、實驗/實踐原理、方法、手段和步驟1、接通電源及測量儀表，選擇所需的出口溫度計插入混流網的凹槽中；2、摘下流量計上的溫度計，開動風機，調節節流閥，使流量保持在額定值附近。測出流量計的干球溫度和濕球溫度；3、將溫度計插回流量計，流量為額定值。逐漸提高電壓，使出口溫度升高至預計溫度；4、待出口溫度穩定后（出口溫度在10分鐘之內無變化或有微小起伏，即可視為穩定），讀出下列數據，每10升空氣通過流量計所需時間（τ,秒）；比熱儀進口溫度——即流量計的出口溫度（t1,℃）和出口溫度（t2℃）；當時相應的大氣壓力（B，毫米汞柱）和流量計出口處的表壓（Δh，毫米水柱）；電熱器的輸入功率（W，瓦）。5.根據流量計出口空氣的干球溫度和濕球溫度,從濕空氣的焓濕圖查出含濕量(d,克/公斤干空氣)，并根據下式計算出水蒸氣的容積成分：五、實驗/實踐結果處理1．簡述實驗原理與過程。2．各種數據的原始記錄。3．實驗數據整理計算空氣的定壓比熱。六、實驗/實踐注意事項1、切勿在無氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以免引起局部過熱而損壞比熱儀主體。2、輸入電熱器的功率不得超過50W。氣體出口最高溫度不得超過300℃。3、加熱和冷卻要緩慢進行，防止比熱儀主體因溫度驟增驟降而破裂。4、停止試驗時，應調節電熱器功率為最小或0W，讓風機繼續運行十分鐘左右（使溫度較低時30℃到50℃即可）。七、預習與思考題1．空氣定壓比熱如何計算？2．不同溫度下如何計算a、b值？實驗/實踐三：空氣絕熱指數測定實驗/實踐類型：操作實驗/實踐學時：2實驗/實踐要求：2人/組一、實驗/實踐目的1學習測定空氣的比熱容比的一種方法。了解絕熱、等容的熱力學過程及有關狀態方程。二、實驗/實踐內容1觀察和分析熱力學系統的狀態和過程特征，掌握實現等值過程的方法。2測定空氣的比熱容比，比定壓熱容，比定容熱容。三、儀器設備DYR003空氣絕熱指數測定裝置四、實驗/實踐原理、方法、手段和步驟空氣絕熱指數測定裝置見圖示。利用氣囊往有機玻璃容器內充氣，通過U型壓力計測出容器內的壓力P1；壓力穩定后，突然打開閥門5并迅速關閉，在此過程中，空氣絕熱膨脹，在U型壓力計上顯示出膨脹后容器內的空氣壓力P2；然后，持續一小時左右，使容器中的空氣與實驗環境的空氣進行熱交換，最后達到熱平衡，即容器中的空氣溫度與環境溫度相等，此時，U型壓力計顯示出溫度相等后，容器中空氣壓力P31、測試前的準備（1）將閥門5的錐形塞拔出，抹上一些真空油，以改善閥門的密封性能，抹油后安裝就位，并把螺帽擰緊。（2）在閥門與開啟的情況下（即容器與大氣相通），用醫用注射器將蒸餾水注入U型壓力計至一定高度。水柱內不能含有氣泡，如有氣泡，要設法排除。（3）調整裝置的水平位置，使U型壓力計兩水管中的水柱高在一個水平線。2、記錄U型壓力計初始讀數h。（即容器與大氣相通時，壓力計中水柱高度）。3、關閉閥門口5，把螺帽擰緊。4、用氣囊往有機玻璃容器內緩慢充氣，至一定值時，待壓力穩定后，記錄此時的水柱高度差△h1。5、突然打開閥門5，并迅速關閉。空氣絕熱膨脹后，在U型管內顯示出膨脹后容器內的氣壓，記錄此時的水柱高度差△h2。6、持續1～2小時，待容器內空氣的溫度與測試現場的大氣溫度一致時，