二氧化碳P-V-T关系实验指导书.doc

二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验指导书一、 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、 加深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C02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、 学会活塞式压力仪，恒温器等热工仪器的正确使用方法二、 实验内容1、 测定CO2的p—V —t源在P—V坐标系中绘出低于临界温度（t=20O、 临界温度（t=31. 1 C）和局于临界温度（t=50C）的二条等温曲线，并与和准实 验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因2、 测定C02在低于临界温度时（t=25C、27C）饱和温度和饱和压力之间 的对应关系，并与图四中的ts-Ps曲线比较3、 观测临界状态1） 临界状态附近汽液两相模糊的现象2） 汽液整体相变现象3） 测定C02的tc、Pc、Vc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、 实验设备及原理整个实验装置由压力计、恒温水槽和试验台本体及其防护罩等三大部分组成 （如图一所示）恒温水恒温水图二 试验台本体1、高压容器 2、水银杯 3、压力油 4、水银 5、密封填料 6、填料压盖 7、恒温水套 8、承压玻璃管 9、C02空间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:F= (P,V, t) =0或 t=f (P, V) (1)本试验是根据式(1),采用定温方法来测定CO2的p-v之间的关系，从而 找出CO2的p-v-t关系。

实验中，由压力计送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银 进入予先装了 CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容积通过压力计 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，由装在压力计上的压力表读出(如要提高精度, 可由加在活塞转盘上的平衡敏码读出，并考虑水银柱高度的修正)温度由插在 恒温水套中的热电偶测定比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量， 而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出四、实验步骤1、 按图一装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯2、 恒温器准备及温度调定1) 将蒸馄水注入恒温器内，注至离盖30〜50 mmo检查并接通电路开 动电动泵，使水循环对流2) 视水温情况，开、关加热器及调节加热电流3) 观察玻璃水套内的温度，若其读数与所需温度一致时(或基本一致)， 则可(近似)认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所需要的试验温度4) 当需要改变试验温度时，重复(2)〜(4)即可3、加压前的准备因为压力计的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主 容器充油，才能在压力表上显示压力读数压力计抽油、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，开启压力计上油杯的进油阀2) 摇退压力计上的活塞螺杆,直至螺杆金部退出这时，压力计油缸中 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读数为 止5) 再次检查油杯阀门是否关好，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、做好实验的原始记录(1) 设备数据记录仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度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C02的质面比常数K值由于充进承压玻璃管内的C02质量不便测量，而玻璃管内径或截面积(A) 乂不易测准，因而实验中采用间接办法来确定C02的比容，认为C02的比容V与 其高度是一种线性关系具有如下方法：a) 已知 C02液体在 20C, 9. 8 Mpa 时的比容 V (20C, 9. 8Mpa) =0. 00117 m 3/Kgb) 实际测定试验台在20C, 9.8 Mpa时的C02液柱高度左ho(m) o (注意玻 璃水套上刻度的标记方法)c) V v(20C, 9. 8MPa) = = 0. 00117m3/Kgm △ho = =K(Kg/nf)A 0.00117 * JK— 即为玻璃管内CO,的质面比常数所以，任意温度、压力下C0,的比容为：AhAh(in，/Kg)式中:Ah=h~hoh一任意温度、压力下水银柱高度 —— h。

一承压玻璃管内径顶端刻度5、 测定低于临界温度t=20C时的定温线 (1) 将怛温器调定在t=20C，并保持恒温2) 压力从4.41Mpa开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进 活塞螺杆，以保证定温条件否则，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C02的变化，特别是注意饱和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15) 测定t=25C, t=27C时其饱和温度和饱和压力的对应关系6、 测定临界等温线和临界参数，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lo（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，饱和汽线和饱和液线合于一点，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、液两相模糊不清现象处于临界点的C02具有共同参数（P, V, t）因而不能区别此时C02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，这个液体乂是接近气态的液体下面，就来用实验证明这个结论因为 这时是处于临界温度下，如果按等温线过程来进行，使C02压缩或膨胀，那么， 管内是什么也看不到的现在，我们按绝热过程来进行首先在压力等于7. 64Mpa 附近，突然降压，C02状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内C02出现了明显 的液面这就是说，如果这时管内的C02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C02时，这个液 面乂立即消失了这就告诉我们，这时C02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C02既接近气态，乂接近液态，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t=50C时的等温线将数据填入原始记录表L C02等温实验原始记录t=20aCt=3i. rc (临界)t=50CP(Mpa)AhV=Ah/K现象P(Mpa)AhV=Ah/K现象P(Mpa)△ hV=Ah/K现象进行等温线实验所需时间分钟分钟分钟五、实验结果处理和分析1、 按表1的数据，如图二在P—V坐标系中画出三条等温线。

2、 将实验测得的等温线与图二所示的标准等温线比较，并分析它们之间的 差异及其原因3、 将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图三绘出的ts-Ps曲线 相比较Msd-Rffl0 0.001 0.00216 0.004 0.006 0.0080.010 0.012489.&7.8082686.885.90492.比容 V[m3/Kg]图三标准曲线Ps[MPa]图四CO?饱和温度和压力关系曲线4、将实验测定的临界比容Vc与理论计算值一并填入表2,并分析它们之间的 差异及其原因临界比容Vc [m3 /Kg] 表2标准值实验值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.00216。