工程热力学与传热学试验指导书.doc

实验一一 一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C02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 •学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法二、 实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力 p、比容v和绝对温度 T之间存在某种确定关系，即状态方程 ：F p,v,T 0理想气体的状态方程具有最简单的形式： pv RT实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然 已经有了许多在某种条件下能较好反映 P、v、T之间关系的实际气体的状态方程因此，具体测定某种气体的p、v、T关系，并将实测结果表示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力 性质的方法在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，故具体测定时有必要保持某一个状态参数为定 值，本实验就是在保持绝对温度 T不变的条件下进行的三、 实验内容1.测定C02的p-v-t关系。

在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20 C）、临界温度（t=31.「C）和高 于临界温度（t=35C）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 •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C02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 的理论值相比教，简述其差异原因四、 实验设备整个实验装置由压力台、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） 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—承压汞容器；9—C02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：F p,v,T 0 或 T f p,v （1）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，由压力台送来的压力由压力油进入高压容器和玻璃杯上半部， 迫使水银进入预先装了 CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容器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，由装在压力台上的压力表读出（如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平 衡砝码读出，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，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件来换算得出图一 试验台系统图 图二 试验台本体五、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2 .恒温器准备及温度调节：(1) 把水注入恒温器内，注至离盖 30〜50mm检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流2) 在温度控制器 AL808E的控制面板上通过上下键设定好实验用的温度3) 此时控制面板上视水温情况，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恒温4) 观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时 (或基本一致)，则可(近似)认为承压玻璃管内的 CO2的温度处于所标定的温度5) 当所需要改变实验温度时，重复( 2)〜(4)即可3 .加压前的准备：因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表显示 压力读数。

压力台抽油、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，开启压力台上油杯的进油阀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读数为止特别应注意以下情况，如螺杆已推进到极限位置，而压力尚未达到所需值，必须再一次抽油加压，此 时要严格按以下程序操作，先关油路控制阀；再开油杯进油阀，使压力表压力降至 0;关压力表控阀，倒退螺杆抽油至极限位置；然后关油杯进油阀，开压力表控制阀，推进螺杆逐渐加压直到刚才所建立的油压 时才能开油路控制阀(在此以前油路控制阀决不能开！ )，进一步加压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 •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、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 C02的比容，认为 C02的比容V与其高度是一种线性关系。

具体方法如下：a) 已知 C02 液体在 20C, 9.8MPa 时的比容 V (20C, 9.8Mpa) =0.00117M3 ・血b) 实际测定实验台在 20C, 9.8Mpa时的C02液柱高度厶ho (m)注意玻璃管水套上刻度的标记 方法)c)v V (20C, 9.8Mpa)=0.00117m3/kg m0 20^ K(kg/m)其中：K——即为玻璃管内 CO2的质面比常数 所以，任意温度、压力下 CO2的比容为：h(m3/kg)m/A式中，△ h=h-h0h ――任意温度、压力下水银柱高度h 0――承压玻璃管内径顶端刻度5.测定低于临界温度t=20 C时的定温线1) 将恒温器调定在t=20 C,并保持恒温2) 压力从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=9.8MPa4) 注意加压后 CO2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 16•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 )观察临界现象临界温度指气体能通过加压压缩成液态的最高温度，当温度高于临界温度时，无论加多大的压力也不 能使气体液化理论上 C02的临界温度是31.1 C，故实验时温度在此附近时，通过不断地加压能看到某一 压力(理论上是 7.52MPa,实验误差等影响可能是在其附近)看到水银柱上面出现少许白雾(液化)随后 加压白雾消失，无论再怎么加压也不会出现液化现象当实验温度低于 31.1 C时，一直加压会出现少许液体，这是气液共存现象当温度高于 31.1 C时，无论怎么加压也不会出现液化现象，当然如果此时忽然卸压会出现少许液化，这是因为突然降压，绝热降温造成的7 •测定高于临界温度t=35 C时的定温线将数据填入原始记录表 1六、注意事项1.除t=20C时，须加压到绝对压力 10MPa（表压9.9MPa）外，其余各等温线均在 5~9MP间测出h值, 表压不得超过10MPa温度不应超过60C2 .一般压力间隔可取 0.2〜0.5MPa,接近饱和状态和临界状态时压力间隔适当取小些3 •加压过程应足够缓慢以实现准平衡过程，卸压时应逐渐旋转压力泵手柄，决不可直接打开油杯阀 卸压！4 •实验完毕将仪器设备擦净。

将原始记录交指导教师签字后方可离开实验室5 •遇到疑难或异常情况应及时询问指导教师，不得擅自违章处理七、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 .将实验测得的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CO 2等温实验原始记录 表1t=20 Ct=31.1C(临界)t=35 CP(Mpa)△ hv= △h/K现象P(Mpa)△ hv= △h/K现象p(Mpa)△ hv= △h/K现象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产生误差的原因临界比容vqm3/Kg] 表2标准值实验值RTcVcPc3 RTc vc 8 Pc0.00216#.I11\1i 11 ! '|■ UX.1-.1L \、\ x\\\111111J可IV _\ 1、Al、\1、、T~产并/ ■存-'Al、N?11C冬、X. xS/XAu■ 11t T\、V/'/■■..k、''it、T~1..1J图三 标准曲线实验二中温辐射时的物体黑度的测试指导书、实验目的用比较法，定性地测量中温辐射时物体黑度£原理概述i的纯换热量Qnet,i由n个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法可求物体Q net,iQabs ,iQe,iAj JjXj’idAji Ebi Ai(1)式中：Qnet,i i面的净辐射换热量； Qabs,i i面从其他表面的吸热量;Qe,i-i面本身的辐射热量；£ i——i面的黑度；Xj,ij面对i面的角系数；Jjj面有效的辐射力；Ebi—-i面的黑体辐射力； i -—i面的吸收率；Ai――i面的面积。

根据本实验的设备情况，可以认为：1、 热源1、传导圆筒2为黑体2、 热源、传导圆筒 2、待测物体（受体）3表面上的温度均匀（图 1）2 3图1辐射换。