工质临界状态的观测Word文档格式.docx

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1．设计数据记录及整理计算用的表格；

2．测定工质（CO2）的p-v-t关系。

在p-v坐标系中绘出低于临界温度（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。

3．测定工质（CO2）的饱和温度与饱和压力关系，在p-ｔ坐标系中绘出饱和温度与饱和压力关系曲线。

4．观测工质临界状态

（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CO2的

、

等临界参数，并将实验所得的

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、实验设备简介

整个实验装置由稳压系统、恒温系统和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。

图一实验装置示意图

试验台本体结构如图二所示。

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—CO2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。

当工质处于饱和状态时，其状态参数ｐ、ｔ之间有：

F（p,t）=0

或　　t=f（p）　

（2）

本实验根据

（2）式，通过现象观察（即汽、液同时存在时，工质处于饱和状态。

），就可测出饱和温度与饱和压力之间的关系。

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气体的承压玻璃管内，CO2被压缩，其压力的大小可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。

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（承压玻璃管内径Φ1.5mm）。

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、制冷机组，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）观察温控仪显示的温度：

（与玻璃水套上的热电偶配套），既是承压玻璃管内的CO2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，直至压力表上达到所要求的压力读数为止。

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，先关油路控制阀与压力表阀；

再开油杯进油阀；

倒退螺杆抽油至极限位置；

然后关油杯进油阀，开压力表控制阀与油路控制阀（注意：

油路控制阀、压力表阀决不能同时处于开启状态！

），推进螺杆逐渐加压直到所需值。

（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）承压玻璃管内CO2质量ｍ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，因为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）=0.00117M3·

㎏。

b．实际测定实验台上在20℃，9.8Mpa时的CO2在容器内所占高度Δh0（m）。

（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）

c．∵V（20℃，9.8Mpa）=

式中：

A为玻璃管内截面积；

ｍ为玻璃管内CO2总质量。

　　　∴

　　　其中：

K——即为玻璃管内CO2的质量面积比（常数）。

所以，任意温度、压力下CO2的比容为：

式中h　——　任意温度、压力下水银柱高度。

　　h0　——　承压玻璃管内顶端所处高度。

5．测定低于临界温度t=20℃时的定温线。

（1）将恒温器调定在t=20℃，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）在4.5MPa至9.8MPa之间按照适当的压力间隔保持不同的平衡状态并测取h值。

（4）注意加压后CO2的状态变化，特别是注意液化、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记录表中。

6．测定饱和温度与饱和压力之间的对应关系。

（1）将恒温器在20℃－30℃之间选取几个不同的温度点，并保持恒温。

（2）缓慢地摇进活塞螺杆（以足够保证定温条件），让压力从4.41Mpa开始慢慢增加，当玻璃管内水银面上汽态与液态的CO2同时存在时，停止供油5分钟左右，当压力温度都不再变化时，记录此时的压力与温度。

7．测定临界温度t=31.1℃时的定温线。

（1）将恒温器调定在t=31.1℃，并保持恒温。

（4）注意加压后CO2的状态变化，特别是临界现象（在临界状态附近要多测些数据）。

8．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。

（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CO2的临界温度是31.1℃，故实验时温度在此附近时，通过不断地加压能在某一个状态点（理论上此时对应的压力为7.52MPa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在20℃－30℃之间所看到的汽液共存现象。

9．测定高于临界温度t=50℃时的定温线。

（1）将恒温器调定在t=50℃，并保持恒温。

（4）注意加压后CO2的状态变化，是否还能观察到前面实验所看到的饱和现象与临界现象？

六、注意事项

1．除t=20℃时，须加压到绝对压力10MPa（表压9.9MPa）外，其余各等温线均在5－9MPa间测出h值，表压不得超过10MPa，温度不应超过50℃。

2．一般压力间隔可取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，卸压时与加压的操作步骤正好相反。

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．将计算结果所得数据在p-v坐标系中画出三条等温线。

2．将实验测得的等温线与附图中所对应的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及原因。

3．将所测的饱和温度与饱和压力对应值画在p-ｔ坐标图上，并找出二者相互依变的趋势。

4．用文字描述你所看到的临界现象。

附图一：

附图二：

附表一：

临界比容Vc[m3/Kg]

标准值

实验值

Vc=RTc/Pc

Vc=3/8

RT/Pc

0.00216

附表二：

t=20℃

t=31.1℃（临界）

t=50℃

P

Δh

v

现象