二氧化碳临界状态观测及pvt关系测定实验指导书

1、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 测定实验指导书测定实验指导书一、实验目的一、实验目的1、了解 CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3、掌握 CO2的 p-v-t 关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。二、实验内容二、实验内容1、测定 CO2的 p-v-t 关系。在 p-v 坐标系中给出低于临界温度（t=20） 、临界温度（t=31.1）和高于临界温度（t=50）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。2、测定 CO2在低于临界温度（t=20、27）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图中 ts-ps曲线比较。3、观测临界状态（1）临界状态附近气液两相模糊的现象。（2）气液整体相变现象。（3）测定 CO2的 pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的 vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。三、实验设备及原理三、实验设备及原理整个实

2、验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示） 。图一 试验台系统图图二 试验台本体试验台本体如图二所示。其中 1高压容器；2玻璃杯；3压力机；4水银；5密封填料；6填料压盖；7恒温水套；8承压玻璃杯；9CO2空间；10温度计。对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数 p、v、t 之间有：或 （1）0) t , v, p(F)v, p(Ft 本实验就是根据式（1） ，采用定温方法来测定 CO2的 p-v-t 关系，从而找出CO2的 p-v-t 关系。实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器帮玻璃杯上半部，迫使水银进入预先 CO2气体的承压力玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。温度由插在恒温水套中温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后者根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。四、实验步骤1、按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯（目的是易于观察） 。2、恒温器准备及温度调节（1） 、把

3、水注入恒温器内，至离盖 3050mm。检查并接通电路，启动水泵，使水待理不理对流。（2） 、把温度调节仪波段形状拨向调节，调节温度旋扭设置所要调定的温度，再将温度调节仪波段开关拨向显示。（3） 、视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需要的恒温。（4） 、观察温度，其读数的温度点温度设定的温度一致时（或基本一致时0，则可（近似）认为承压玻璃管内的 CO2的温度处于设定的温度。（5） 、当所需要改变实验温度时，应加冰进行调节。3、加压前的准备因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯时抽油，再向主容器管充油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真掌握，其步骤如下：（1） 关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台油杯上的进油阀。（2） 摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。（3） 先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。（4） 摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，直至压力表上有压力表读数为止。（5） 再次检查油

4、杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。4、作好实验的原始记录（1）设备数据记录：仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。（2）常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。（3）测定承压玻璃管内 CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定 CO2的比容，认为 CO2的比容 v 与其高度是一种线性关系。具体方法如下：a）已知 CO2液体在 20，9.8MPa 时的比容 v（20、9.8MPa）0.00117M3kg。b）实际测定实验台在 20，9.8MPa 时的 CO2液柱高度ho（m） 。 （注意玻璃管水套上刻度的标记方法）c） kg/m00117. 0mAh)Mpa8 . 9,C20(v3ooQ)m/kg(k00117. 0h Am2o其中：K即为玻璃管内 CO2的持面比常数。所以，任意温度、压力下 CO2的比容为：)kg/m(Kh Amhv3式中：ohhh任意温度、压力下水银柱高度。h承压玻璃管内径顶端刻度。oh5、测定低于临界温度 t=20时的等温线（1）将恒温器调定在 t=20，并保持恒温。（2）压力从

5、 4.41MPa 开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证等温条件。否则，将来不及平衡，使读数不准。（3）按照适当的压力间隔取 h 值，直至压力 p=9.8MPa。（4）注意加压后 CO2的变化，特别是注意压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表1。（5）测定 t=25、27时饱和温度和饱和压力的对应关系。6、测定临界参数，并观察临界现象。（1）按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力 pc和临界比容 vc，并将数据填入表 1。（2）观察临界现象。a)整体相变现象由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和流线合于一点，所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。b)汽、液两相模糊不清的现象处于临界点的 CO2具有共同参数（p、v、t） ，因而不能区别此时 CO2是气态还是液态。如果说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；如果说它是液体，那么，这个液体又是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时处于临界温度下，如果按等温线过程进行，使 CO2压缩或膨胀，那么，管内是什么也看不到的。现在，我们按绝热过程过程来进行。首先在压力等于7MPa 附近，突然降压 CO2状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内 CO2出现明显的液面。这就是说，如果这时管内的 CO2是气体的话，那么，这种气体离液区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，突然压缩 CO2时，这个液面又立即消失了。这就告诉我们，这时 CO2液体离气区也是非常接近的，可以说是接近气态的液体。既然，此时的 CO2既接近气态，又接近液态，所以能处于临界点附近。可以这样说：临界状态究竟如何，就是饱和汽、液分不清。这就是临界点附近，饱和汽、液模糊不清的现象。7、测定高于临界温度 t50时的定温线。将数据填入原始记录表 1。五、实验结果处理和分析1、按表 1 的数据，如图三在 p-v 坐标系中画出三条等温线。2、将实验测得等温线与图三所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及原因。3、将实验测得的饱和温度与压力的对应值与图四给出的 ts-ps曲线相比较。

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