專(zhuān)利名稱(chēng)：氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種物理技術(shù)領(lǐng)域的參數(shù)測(cè)定方法，具體地說(shuō)，涉及的是一種氣體絕熱指數(shù)的測(cè)量方法。

背景技術(shù)：
氣體的定壓比熱容Cp與定容比熱容Cv之比γ＝Cp/Cv，稱(chēng)為氣體的比熱容比，氣體的比熱容比又稱(chēng)為氣體的絕熱系數(shù)，是一個(gè)只與氣體本身性質(zhì)有關(guān)的物理量，在氣體動(dòng)力學(xué)過(guò)程，熱力學(xué)過(guò)程特別是絕熱過(guò)程中是個(gè)重要的參量，在燃?xì)廨斉?、造紙工業(yè)，空調(diào)制冷系統(tǒng)及爆破工程等方面也是計(jì)算流體工質(zhì)的相關(guān)參量或表征相關(guān)氣體性質(zhì)的重要參數(shù)。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，氣體的比熱容比測(cè)定普遍采用Clement &Desorms方法(克雷孟-德梭姆方法)或者是同濟(jì)大學(xué)生產(chǎn)的FD-NCD型空氣比熱容比測(cè)定儀。Clement & Desormes方法是法國(guó)化學(xué)家兼經(jīng)濟(jì)學(xué)家克雷孟和德梭姆于1819年實(shí)驗(yàn)測(cè)空氣的比熱容的方法，原始文獻(xiàn)是Clement Nicolas等人在J.Phys(物理期刊).89，321-346，1819以Dttermination experimentaledu zero absolu de la chaleur et du calorique sptcifique des gaz(絕熱條件下空氣的比熱容實(shí)驗(yàn)測(cè)定)，為題發(fā)表。該方法是通過(guò)熱力學(xué)過(guò)程的狀態(tài)方程計(jì)算氣體的比熱容比；同濟(jì)大學(xué)生產(chǎn)的FD-NCD型空氣比熱容比測(cè)定儀方法是通過(guò)聲速和測(cè)量懸浮于氣流中的小球的振動(dòng)周期計(jì)算氣體的比熱容比。兩種方法的共同特征是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均以研究氣體的急速膨脹排出的快速過(guò)程作為絕熱過(guò)程近似，該過(guò)程導(dǎo)致被研究氣體系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程前后與外界有物質(zhì)交換，同時(shí)不能直觀體現(xiàn)熱物理學(xué)理論公式以過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)行為基礎(chǔ)的基本要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法。本發(fā)明研究對(duì)象為密閉氣體系統(tǒng)，能直觀體現(xiàn)氣體狀態(tài)的準(zhǔn)靜態(tài)改變，利用容器的不良導(dǎo)熱性能進(jìn)行絕熱近似。在數(shù)據(jù)處理方面和克雷孟-德梭姆方法相比，考慮了氣體的體積變化的影響，根據(jù)熱力學(xué)微分方程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和紀(jì)錄。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明利用連通器原理，實(shí)現(xiàn)氣體在幾秒內(nèi)的壓縮過(guò)程，包括如下步驟 第一步，獲得密閉氣體系統(tǒng)準(zhǔn)備三個(gè)容器，先在第一容器中加入液體，然后將第一容器倒置于第二容器中獲得負(fù)壓密閉氣體系統(tǒng)，根據(jù)需要調(diào)整液面高度，再用固定支架固定，負(fù)壓氣體和外界熱平衡后，記錄內(nèi)外液面差Δh0內(nèi)外和內(nèi)液面的位置h0內(nèi)； 第二步，獲得準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程的參數(shù)將第三容器置于平臺(tái)上，使第三容器的液體緩慢連續(xù)的流入第二容器，使第一容器內(nèi)的氣體由初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過(guò)程到第二狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面差Δh1內(nèi)外和內(nèi)液面的位置h1內(nèi)； 第三步，獲得等溫過(guò)程的參數(shù)氣體系統(tǒng)從第二狀態(tài)經(jīng)自然降溫至環(huán)境溫度時(shí)的第三狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面Δh2內(nèi)外差和內(nèi)液面的位置h2內(nèi)； 第四步，根據(jù)熱物力學(xué)微分方程導(dǎo)出的公式
直接計(jì)算絕熱指數(shù)。
本發(fā)明中，第一容器中的氣體可為負(fù)壓或正壓，正壓情況容易操作，直接將第一容器倒置于第二容器中，然后固定即可。負(fù)壓時(shí)便于讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)壓可通過(guò)先在第一容器中加入液體，然后將第一容器倒置于第二容器中，根據(jù)需要可調(diào)整夜面高度，然后用固定支架固定。第一容器的氣體和外界熱平衡后，抬高第三容器置于平臺(tái)上，使第三容器的液體通過(guò)塑膠軟管緩慢連續(xù)的流入第二容器，使第一容器內(nèi)的氣體先由初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過(guò)程到第二狀態(tài)，然后經(jīng)自然降溫至環(huán)境溫度時(shí)的第三狀態(tài)。設(shè)環(huán)境溫度不變。記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的有關(guān)數(shù)據(jù)。
從初始狀態(tài)到第二狀態(tài)，根據(jù)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程微分方程，滿足從初始狀態(tài)到第三狀態(tài)，溫度不變，滿足由以上分析得用三個(gè)狀態(tài)下第一容器的瓶頸內(nèi)外液面差的差表示壓強(qiáng)變化，內(nèi)液面的差表示研究氣體的體積變化有 dp＝(Δh1內(nèi)外-Δh0內(nèi)外)ρg，dp′＝(Δh2內(nèi)外-Δh0內(nèi)外)ρg，|dV|＝S*(h1內(nèi)-h0內(nèi))，|dV|′＝S*(h2內(nèi)-h0內(nèi))，其中ρ，g，S*分別表示液體的密度，重力加速度及第一容器的瓶頸有效橫截面積。代入得
根據(jù)上述公式，只需紀(jì)錄不同狀態(tài)下內(nèi)液面的位置和內(nèi)、外液面差即可直接代入計(jì)算絕熱指數(shù)。這里S*為瓶頸有效橫截面積，根據(jù)等溫過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算所得，該值約為直接測(cè)量瓶頸直徑計(jì)算橫截面積的百分之七十左右，可歸結(jié)為瓶頸效應(yīng)所致，在該方法中該物理量不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
本發(fā)明和已有技術(shù)相比，由于采用連通器原理，減少了氣閥及充氣裝置，使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易，成本低。在數(shù)據(jù)處理方面和克雷孟-德梭姆方法相比，由于考慮進(jìn)了氣體的體積變化的影響，在理論上進(jìn)一步保證了結(jié)果和理論值的一致性，有望在燃?xì)獾认嚓P(guān)氣體系統(tǒng)領(lǐng)域廣泛推廣。



圖1是本發(fā)明實(shí)施例使用的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
對(duì)照附圖1，本實(shí)施例所取容器及具體參數(shù) 第三容器1、第二容器3均是容積為1000ml的玻璃燒杯，分別置入500ml水，平臺(tái)2為可調(diào)平臺(tái)，第一容器4是容積為1000ml容量瓶，瓶頸長(zhǎng)50cm，橫截面積1.16平方厘米，瓶頸上標(biāo)有刻度，讀數(shù)準(zhǔn)確到mm，容器4內(nèi)的被研究氣體為空氣。第三容器1和第二容器3通過(guò)塑膠軟管5連接，第一容器4由支架6固定。研究氣體的狀態(tài)參量的相關(guān)參數(shù)直接由容器4瓶頸上的刻度讀出。
本實(shí)施例具體實(shí)施過(guò)程如下 第一步，獲得密閉氣體系統(tǒng)先在第一容器4中加入水40ml，然后將第一容器4倒置于第二容器3中獲得負(fù)壓密閉氣體系統(tǒng)，然后用固定支架6固定，第一容器4的氣體和外界熱平衡時(shí)，內(nèi)外液面差Δh0內(nèi)外＝0和內(nèi)液面的位置h0內(nèi)＝47cm； 第二步，獲得準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程的參數(shù)將第三容器1置于平臺(tái)2上，使第三容器1的水通過(guò)塑膠軟管5緩慢連續(xù)的流入第二容器3，使第一容器4內(nèi)的氣體由初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過(guò)程到第二狀態(tài)(該過(guò)程經(jīng)歷5秒鐘)，此時(shí)內(nèi)外液面差Δh1內(nèi)外＝18.5cm和內(nèi)液面的位置h1內(nèi)＝28.5cm； 第三步，獲得等溫過(guò)程的參數(shù)氣體系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)自然降溫至環(huán)境溫度時(shí)的第三狀態(tài)(該過(guò)程等待10分鐘)，內(nèi)外液面差Δh2內(nèi)外＝15.5cm和內(nèi)液面的位置h2內(nèi)＝25.5cm； 第四步，根據(jù)熱物力學(xué)微分方程導(dǎo)出的公式
代入數(shù)據(jù)
和理論值1.4相比相對(duì)偏差為(1.4-1.387)/1.4＝0.9％。
該實(shí)施例操作簡(jiǎn)易，成本低，便于讀數(shù)。在數(shù)據(jù)處理方面和克雷孟-德梭姆方法相比，由于考慮進(jìn)了氣體的體積變化的影響，結(jié)果更可靠?？芍苯佑糜诓蝗苡谒臍怏w系統(tǒng)絕熱指數(shù)的測(cè)定，為燃?xì)獾刃袠I(yè)氣體相關(guān)物理量的測(cè)定及氣體性質(zhì)的表征提供依據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法，其特征在于，包括如下步驟
第一步，獲得密閉氣體系統(tǒng)準(zhǔn)備三個(gè)容器，先在第一容器中加入液體，然后將第一容器倒置于第二容器中獲得負(fù)壓密閉氣體系統(tǒng)，再用固定支架固定，負(fù)壓氣體和外界熱平衡后，記錄內(nèi)外液面差Δh0內(nèi)外和內(nèi)液面的位置h0內(nèi)；
第二步，獲得準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過(guò)程的參數(shù)將第三容器置于平臺(tái)上，使第三容器的液體通過(guò)塑膠軟管緩慢連續(xù)的流入第二容器，使第一容器內(nèi)的氣體由初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過(guò)程到第二狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面差Δh1內(nèi)外和內(nèi)液面的位置h1內(nèi)；
第三步，獲得等溫過(guò)程的參數(shù)氣體系統(tǒng)從第二狀態(tài)經(jīng)自然降溫至環(huán)境溫度時(shí)的第三狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面Δh2內(nèi)外差和內(nèi)液面的位置h2內(nèi)；
第四步，根據(jù)熱物力學(xué)微分方程導(dǎo)出的公式
直接計(jì)算絕熱指數(shù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法，其特征是，所述第一容器中的氣體為負(fù)壓或正壓，正壓時(shí)，直接將第一容器倒置于第二容器中，然后固定；負(fù)壓時(shí)，先在第一容器中加入液體，然后將第一容器倒置于第二容器中。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法，其特征是，所述第一容器的水通過(guò)塑膠軟管流入第二容器。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種物理技術(shù)領(lǐng)域的氣體絕熱指數(shù)的測(cè)量方法，具體為準(zhǔn)備三個(gè)容器，先在第一容器中加入液體，然后將第一容器倒置于第二容器中獲得負(fù)壓密閉氣體系統(tǒng)，再用固定支架固定，負(fù)壓氣體和外界熱平衡后，記錄內(nèi)外液面差和內(nèi)液面的位置；第三容器置于平臺(tái)上，使第三容器的液體緩慢連續(xù)的流入第二容器，使第一容器內(nèi)的氣體由初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)絕熱壓縮過(guò)程到第二狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面差和內(nèi)液面的位置；氣體系統(tǒng)從第二狀態(tài)經(jīng)自然降溫至環(huán)境溫度時(shí)的第三狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面差和內(nèi)液面的位置；基于上述的參數(shù)直接計(jì)算絕熱指數(shù)。本發(fā)明能直觀體現(xiàn)氣體狀態(tài)的準(zhǔn)靜態(tài)改變，利用容器的不良導(dǎo)熱性能進(jìn)行絕熱近似。
文檔編號(hào)G01N25/00GK101251500SQ200810035559
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者孫存英, 喬衛(wèi)平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)