變比熱容

簡介

比熱容（Specific Heat Capacity，符號c），簡稱比熱，亦稱比熱容量，是熱力學中常用的一個物理量，表示物體吸熱或散熱能力。比熱容越大，物體的吸熱或散熱能力越強。它指單位質量的某種物質升高或下降單位溫度所吸收或放出的熱量。在精度要求不高計算中，我們可以把比熱容看成是一個恆定的常數，此時稱之為定比熱容。當計算要求較高的時候，就不能把比熱容看作是一個定值，而是與溫度有關的一個函式，此時稱之為變比熱容。

理想氣體變比熱容計算

實驗表明，理想氣體的比熱容是室溫度的複雜函式，隨著溫度的升高而增大。圖1給出了幾種氣體摩爾熱容與溫度的關係。通常c可表達為

固體材料的比熱容隨溫度變化的規律

固體材料比熱容是溫度的函式，一般情況下，固體的比熱容隨溫度升高而增加，在低溫時增加較快，在高溫時增加較慢。

工程中套用的固體材料的溫度範圍很寬。如果僅僅依賴通過試驗來獲得材料整個使用溫度區間內的比熱容數據，需要花費大量的人力物力，這也是目前世界範圍內比熱容精確測試工作僅僅局限於某些特殊用途材料的原因。

有學者從固體材料比熱容的構成入手，研究了固體比熱容每個組成部分隨溫度變化的規律，最終合成一個簡單易用的通用比熱容表達式。

式中，

均為正數；表達式中的第一、二項為晶格簡諧振動對比熱容的貢獻，第三項為電子比熱容和非簡諧振動的貢獻，第四項為點缺陷的貢獻。

變比熱容的套用

變比熱容對噴管流場和性能影響的計算

近年來，國內外許多研究人員在採用CFD方法對航空發動機噴管流場和性能的計算方面作了大量的工作，實現了計算結果和實驗數據的很好吻合。這是由於多數的實驗數據都是在噴管進口氣流是空氣的條件下進行的，而且進口溫度不高，因此採用定比熱容的CFD計算是完全可行的。但是，實際發動機工作時，尤其在加力狀態，噴管進口溫度高達2 000 K以上，而且噴管內溫度分布不均勻。此時若用定比熱容計算,必然引起計算的誤差。在計算實際噴管流場和性能時必須考慮變比熱容的影響。

爆震燃氣輪機的變比熱容熱力循環性能

為分析變比熱容下爆震燃氣輪機的熱力循環性能，建立了考慮比熱容隨工質成分及溫度變化的爆震燃氣輪機熱力循環模型，分析中同時考慮了壓氣機、燃燒室、透平等部件的效率。在不同比較條件下，利用變比熱容法對比分析研究了燃氣輪機爆震循環（DCGT）、Brayton循環和Humphrey循環燃氣輪機的熱力循環性能。

變比熱容對射流推力矢量噴管內流場影響

利用時間推進的有限體積法求解二維雷諾平均 Navier-Stokes方程，分別在變比熱容和定比熱容的情況下研究了射流推力矢量噴管的內流性能，並對兩種情況下計算結果進行了比較。結果表明，與定比熱容情況相比，工質為變比熱容的燃氣時，噴管內部由二次流產生的斜激波位置向噴管下游移動，回流區減小，噴管的推力矢量角和推力係數減小，溫度越高，兩種方法的計算結果相差越大。因此，在採用計算流體力學（computational fluidic dynamic，簡稱CFD）方法研究射流推力矢量噴管內流場性能時應該考慮變比熱的影響。