二氧化碳PVT关系测定实验.docx
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二氧化碳PVT关系测定实验
二氧化碳PＶT关系测定实验
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教学实验
二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系
测定实验
指导书
上海绿兰教学仪器有限公司
电话：
二氧化碳ＰVT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、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
１、测定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。
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,并与图四中的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教,简述其差异原因。
三、实验设备及原理
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）。
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；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。
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。
2、恒温器准备及温度调节：
（1）、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）、使用电接点温度计时，旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与锁要调定的温度一致,再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。
使用电子控温装置时,按面板温度调节装置调整温度点。
（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,才能使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）关闭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。
（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）=0.00117m３/kg。
b）实际测定实验台在20℃，9．8Mpａ时的CO2液柱高度Δh0（m）。
（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）
c）∵V（2０℃，9.8Mpa）=
∴
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:
（m3/kｇ）
式中,Δh＝h－h0
h——任意温度、压力下水银柱高度。
h０——承压玻璃管内径顶端刻度。
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）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1。
（5）测定t=２5℃、2７℃时其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，我们按绝热过程来进行。
首先在压力等于7.64Mpａ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t＝5０℃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。
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。
CO２等温实验原始记录 表1
t=20℃
ｔ=３1.1℃（临界）
t＝50℃
p
（Mpa）
Δh
ｖ＝Δh/K
现象
ｐ
（Mpa）
Δh
v=Δh／K
现象
p
（Mｐa）
Δｈ
ｖ=Δｈ/K
现象
进行等温线实验所需时间
分钟
分钟
分钟
图三 标准曲线
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/Ｐｃ
Ｖｃ=3/８
RＴ/Pc
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