[發(fā)明專利]氣體絕熱指數(shù)的測(cè)定方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810035559.2
• 申請(qǐng)日: 2008-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN101251500A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫存英;喬衛(wèi)平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/00
• 分類號(hào): G01N25/00;G06F19/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

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，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，稱為氣體的比熱容比，氣體的比熱容比又稱為氣體的絕熱系數(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)過程，熱力學(xué)過程特別是絕熱過程中是個(gè)重要的參量，在燃?xì)廨斉洹⒃旒埞I(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。該方法是通過熱力學(xué)過程的狀態(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)過程中均以研究氣體的急速膨脹排出的快速過程作為絕熱過程近似，該過程導(dǎo)致被研究氣體系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)過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Δh_{0內(nèi)外}和內(nèi)液面的位置h_0內(nèi)；

第二步，獲得準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程的參數(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)絕熱壓縮過程到第二狀態(tài)，紀(jì)錄內(nèi)外液面差Δh_{1內(nèi)外}和內(nèi)液面的位置h_1內(nèi)；

第三步，獲得等溫過程的參數(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Δh_{2內(nèi)外}差和內(nèi)液面的位置h_2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＝(Δh_{1內(nèi)外}-Δh_{0內(nèi)外})ρg，dp′＝(Δh_{2內(nèi)外}-Δh_{0內(nèi)外})ρg，|dV|＝S^*(h_1內(nèi)-h_0內(nèi))，|dV|′＝S^*(h_2內(nèi)-h_0內(nèi))，其中p，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