工程热力学实验.docx

工程热力学实验.docx

《工程热力学实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学实验.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

工程热力学实验

《工程热力学》实验指导书

实验一CO2基本状态参数P-V-T的关系

实验二饱和水蒸汽P-T关系

实验一CO2基本状态参数P-V-T的关系

一、实验目的和任务

1目的：

巩固课堂讲授的工程热力学状态参数及实际气体状态变化规律的理论知识，掌握用实验测定实际工质状态变化规律的方法和技巧。

通过实验熟悉部分热工仪器的正确使用方法（如活塞式压力计、恒温器等），加深对饱和状态，临界状态等基本概念的理解，为今后研究新工质的状态变化规律奠定基础。

2任务：

（1）测定CO2的P-V关系，在P-V坐标图中绘出t为20℃，27℃、31.2℃，50℃四条等温曲线；与标准实验曲线相比较并分析差异原因。

（2）观察临界状态附近汽液两相模糊的现象，测定CO2的临界参数（Pc、Vc、tc）将实验所得的Vc值与理想气体状态方程、范德瓦尔方程式的理论计算值作一比较，简述其差异原因。

（3）测定CO2在不同压力下饱和蒸汽与饱和液体的比容（或密度）及饱和压力的对应关系。

二、实验原理

1、实际气体在压力不太高，温度不太低时，可以近似地认为是理想气体，并遵循理想气体状态方程式：

（1）

式中：

P—绝对压力[kgf/cm2]

V—容积[m3]

T—绝对温度[K]

m—气体质量[kg]

R—气体常数

实际气体中分子力和分子体积，在不同温度压力范围内，这两个因素所起的相反作用表现是不同的，因而，实际气体与不考虑分子力，分子体积和理想气体有一定偏差，1873年范德瓦尔针对偏差原因提出了范德瓦方程式：

（2）

或

（3）

式中

——是分子力的修正项

b——是分子体积修正项

Pc、Tc分别为临界压力和临界温度，对CO2、Tc、Pc如下：

℃

（3）式随PT的不同，V可有三种解

①不相等的三个实根

②相等的三个实根

③一个实根、二个虚根

本实验将类似地重复1869年安德鲁实验，论证以上三种解的形成和原因，同时论证范德瓦方程较理想气态方程更接近于实际气际气体的状态变化规律，但仍有一定偏差。

2、工质处于平衡状态时，其基本状态参数P、V、T之间是有一定关系：

F（P、V、T）=0（4）

或P=f（V、T）

V=f（T、P）（5）

T=f（P、V）

由（5）式可以看出，三个基本状态参数中，只有两个独立的，第三个是随其中一个的变化而变化的，基于这种关系，我们可以令一个参数，如T不变，用实验方法找出其余两个参数（P、V）之间的变化关系，从而求得工质状态变化规律，完成实验任务。

三、实验设备

实验设备由压力、恒温器、试验台本体及其防扩罩三大部分组成，如图1所示。

恒温器是提供室温至95℃范围内恒温水的设备，在此，我们借助它提供的恒温水间接地恒定CO2的温度，同时根据实验需要也起改变CO2温度的作用。

压力台是借助其活塞杆的进退，使低粘度油传递压力来提供我们实验所需要的压力之设备。

试验台本体如图1所示，它是我们完成预定实验任务的主要设备。

由恒温器提供的恒温水，从试验台本体玻璃水套下端进口流入，上端是出口流出，反复循环，其温度数值由水套上的温度计读出，当水套上的上、下温度计读数相同，且与恒温器上温度计相差不太大时，我们可以近似认为承压玻璃管中所存在的CO2，温度与此温度相同。

由压力台出来的压力油，进入高压容器后，从高压容器与玻璃杯间隙处溢向水银表面，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管压缩CO2其压力和容积通过压力台上活塞杆的前进和后退调节，CO2压缩时所受压力，由压力台上的压力表读出，其容积变化由玻璃管内CO2柱的高度来衡量。

四、实验步骤和数据整理

1、按图安装试验设备：

2、使用恒温器调定温度：

（1）做好恒温器使用前的准备工作：

加蒸馏水，检查并接通电路，开动电力泵，使水循环对流。

（2）旋转电接点温度计顶端帽形磁铁，调动示标到所规定的恒温温度。

（3）视水温情况开关加热器，当恒温器指标灯达到时明时灭时，说明温度已达到所需的恒温。

（4）观察玻璃水套上两支温度计，若其读数相同且与恒温器上温度计和电接点温度计标定的温度一致时，则可近似认为CO2的温度处于标定的温度。

（5）当需要改变温度时，重复以下步骤。

3、加压前的准备

（1）关闭压力表及进入本体油路的两阀门，开启压力台上油杯的进油阀。

（2）倒退压力台上活塞螺杆，至螺杆全部退出，抽油。

（3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表和油路两阀门。

（4）前进活塞螺杆，向本体内注油，如此反复，至压力表上有读数为止。

（5）最后检查油杯阀门是否关好，压力表和油路阀门是否开启妥、而后即可进行试验。

图1试验台系统及本体结构图

4、进行实验

（1）当压力升到50at以后，应足够缓慢地前进活塞螺杆加压，否则，来不及平衡，读数不准确。

并注意观察CO2受压力后的各种现象，进行实验。

（2）做好实验的原始记录

a、设备数据记录：

仪器、仪表的名称、型号、规格、精度、量程。

b、常规数据记录：

室温，当时当地大气压力及实验环境情况。

c、将所得技术数据及观察的现象一并记入表一。

5、注意事项：

（1）除t=20℃时需加压至绝对压力为100at外，其余各等温线均在50~90at间测出h值，绝对不允许表压超过100at最高温度不要超过60℃。

（2）一般取h时压力间隔可取在1~2~5at（现规定压力间隔取2at）但接近饱和状态和临界状态时，取压间隔应为0.5at。

（3）实验终了卸压时，应使压力逐渐下降，不得直接打开油杯阀门卸压！

（4）实验完毕应将设备仪器整理擦净，恢复原状，将原始记录交指导老师签字后方能离开实验室。

6、数据整理

实验中测得只是CO2柱的高度h值，我们需要的是CO2的比容V值，设备中CO2重量（G）不便测量，承压玻璃管的内径或截面积（A）又不易测准，因而只能用间接方法确定V值。

已知CO2液体在20℃、100at时，比容V为0.00117m3/kg。

实地测出在20℃、100at时CO2液柱的高度h1（m）则可得：

（20℃、100at）=

（6）

则在任意温度和压力下，测得CO2柱高度h后，其比容V由下式计算：

（7）

只要我们在实验中测得t=20℃,P绝=100at时的h1值，计算出常数c值后，其他一切V值均可求得。

原始记录经整理后，根据实验任务要求，将结果列入下表二：

根据整理的数据表作出P-V图，计算临界状态误差，并分析实验值及图与理论计算值及标准曲线之间差异所在原因，写出实验报告。

五、实验报告内容要求

1、简述实验原理与过程

2、各种数据的原始记录

3、实验结果整理后的图表

4、选t=50℃时，用测取的某一比容V值分别用PV=RT

计算对应的P值，并与实测P值对照分析。

5、计算临界状态参数下，不同压力下不同计算公式的计算值，判断临界区域，并作分析比较。

CO2状态变化规律实验原始记录表

t=20℃

t=27℃

t=31.2℃

t=50℃

表压

P

高度

h

观察现象

表压

P

高度

h

观察现象

表压

P

高度

h

观察现象

表压

P

高度

h

观察现象

50

50

50

50

90

90

90

90

做出各等温线所须时间

分钟

分钟

分钟

分钟

注：

1、临界点、饱和温度及对应的饱和压力用红笔填写（注意CO2柱高度的数值=某状态下水银液面高度计数-CO2柱空腔顶部读数值）2、单位：

P：

[kgf/cm2]h :

[mm]

CO2状态变化规律实验数据整理表

t=20℃

t=27℃

t=31.2℃

t=50℃

绝对

压力P

比容

V

绝对

压力P

比容

V

绝对

压力P

比容

V

绝对

压力P

比容

V

51

51

51

51

注：

1、绝对压力=表压+大气压

2、大气压力：

B≈[kgf/cm2]

3、比容V[m3/kg]绝对压力P[kgf/m2]

图2CO2状态变化标准曲线

实验二饱和水蒸汽P-T关系

一、实验目的

了解在容积不变情况下，P、T之间的关系

了解在水温小于100，等于100及大于100℃时（或真空度，常压及中压情况下）重新沸腾现象。

二、实验原理

在容积不变的情况下，饱和水蒸汽压力减小、增加时，水的沸点也相应变化，我们可以通过压力表、温度计的读数变化情况，同时观察重新沸腾现象。

实验装置如图:

三、操作步骤

1、接通电源开关，需要做常压试验，用于校正压力表、温度计的读数误差。

2、关闭排气阀，将水加热到一定温度（小于100℃），停止加热，联接真空泵，打开排气阀，进行抽真空处理，主意观察重新沸腾现象，并同时读数压力表、温度计值。

3、进行饱和水蒸汽的中压试验，关闭排气阀，将水加热到一定温度（大于100℃），压力小于0.5Mpa，停止加热，主意观察重新沸腾现象，并同时读数压力表、温度计值。

四、数据处理

整理表格，记录重新沸腾时的压力、温度读数值，并查阅有关资料，分析实验值与已有资料数据的误差情况。

五、实验报告及要求

1、观察现象

2、整理数据绘制P~T曲线