二氧化碳PVT关系测定实验.docx

1、二氧化碳PVT关系测定实验氧化碳PV T关系测定实验作者：日期:教学实验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P VT关系测定实验指导书一、 实验目的1、 了解co 2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CO 2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CO 2的p-v- t关系。在p- V坐标系中绘出低 于临界温度(t=20 C

2、)、 临界温度(t= 3 1.C)和高于临界温度(t = 50 C )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 C、27 C )饱和温度和饱和压力之间的对应 关系,并与图四中的ts p s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CO 2的pc、v八t c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

3、系统图恒溫水热电偶IE尹电L承阪璃压力油玻璃杯、 高压容显图二 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 CO 2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)=O或 t = f(p, v )本实验就是根据式(1 ),采用定温方法来测定C02的p-v-t关系,从而找出C02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 C02气体的承压玻璃管，C02被压缩，其压力和容

4、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3050m m。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

5、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C02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

6、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。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

7、温、大气压、实验环境情况等。(3)测定承压玻璃管内C 0 2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C 02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 . 8 M P a 时的比容 V( 2 0 C ,9.8Mpa )=0.00117m3/kg。b)实际测定实验台在20 C，9. 8Mp a时的CO2液柱高度 ho ( m)。(注意 玻璃管水套上刻度的标记方法)c) t V(2 0 C，9.8Mpa )=0.00117m3 /kgmm 邑 K(kg/m2)h h m/A K(m3/k g

8、 )A 0.00117式中， h = h h0h任意温度、压力下水银柱高度。h o 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4.4 1 Mpa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= 2 5C、2 7 C时其饱和温度

9、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p c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CO 2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

10、 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C 02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7.64Mp a附近，突然降 压C O2状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内C O2出现明显的液面。这就是说， 如果这时管内的C O 2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C O2时，这个液面又立即消失了。这就 告诉我们，这时CO 2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C O 2既接近气态,又接近液态，所以能处

11、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 C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。CO 2等温实验原始记录表1t=20 Ct = 3 1.1 r (临界)t = 50 rP(Mpa) hV =h/K现象p(Mpa) hv= h /K现象p(MP a) hV = h/K现象进行等温线实验所需时间分钟分钟分钟0.DC60.0C1 0.002:6 D.0C41兀弓th#vr/Kg标准曲线4 9D/厂*/A.0615 16 17 IB 19 ?0 El 22 23 凸 25 27 2S 凸 30E.& 7B 3氐 氐4、将实验测定的临界比容V 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标准值实验值Vc=RT c/ p V =3/ 8R T /Pc0.0 0 2 1 6表2临界比容 V c : m3/ K g f