二氧化碳临界状态观测及p-v-Tp-v-T关系测定实验 实验目的实验目的u 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 u 加深对课堂所讲的工质的热力状态、凝结、汽 化、饱和状态等基本概念的理解 u 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 u 学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正 确使用方法 实验原理实验原理(1) u 在准平衡状态下，工质的压力P、比容V和温度T 之间存在某种确定关系，即状态方程 u 理想气体的状态方程具有最简单的形式实验原理实验原理(2) u 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u 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，本实验就是在保持温度T不变的条件下进行的 实验装置实验装置(1) 整个实验装置由压力台，恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成 CO2试验系统图1.恒温器 2.试验台本体 3压力台 实验装置实验装置(2) 实验台本体 实验内容实验内容(1) u 设计数据记录及整理计算用的表格 u 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 实验内容实验内容(2) u 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u 观测工质临界状态临界状态附近汽液两相模糊的现象汽液整体相变现象测定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 实验步骤实验步骤(1) u按图装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯 u使用恒温器调定温度 u将蒸馏水注入恒温器内，注至离盖30-50mm为止.检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流 u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所要调定的温度一致，要将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动 实验步骤实验步骤(2) u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，当指示灯时亮时灭时，说明温度已达到所需恒温 u观察玻璃水套上两支温度计，若其读数相同且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 u当需要改变试验温度时，重复上述三步骤即可 实验步骤实验步骤(3) u加压前的准备 因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。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 实验步骤实验步骤(4) u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 u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 u先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门 u摇进活塞螺杆，经本体充油，如此交复，直至压力表上有压力读数为止 u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，若均已稳定即可进行试验 实验步骤实验步骤(5) u测定低于临界温度测定低于临界温度T=20T=20 C C时的定温线时的定温线 使用恒温器调定T=20C并要保持恒温 压力记录从4.41MPa开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准 按照适当的压力间隔取h值至p=9.8MPa 注意加压后,CO2的变化，特别是注意饱和压力与饱和温度的对应关系，液化，汽化等现象 测定T=20C,T=27C其饱和温度与饱和压力的对应关系 实验步骤实验步骤(6) u测定临界等温线和临界参数，临界现象观察测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力pc和临界比容vc临界现象观察 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像临界温度以下那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化 实验步骤实验步骤() b 汽、液两相模糊不清现象 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了液态的气体；如果说它是液体，那么这个液体又是接近气态的液体。下面就用实验证明这个结论 实验注意事项实验注意事项设备数据记录 仪器：仪表的名称、型号、规格、量程、精度 常规数据记录 室温、大气压、实验环境情况等测定承压玻璃管内的CO2的质面比常数k值 做各条定温线时，实验压力p9.8MPa 实验温度T50C 一般取h时压力间隔可取0.196-0.490MPa,但在接近饱和状态时和临界状态时，压力间隔应取为0.049MPa 实验中取h时，水银柱液面高度的读数要注意，应使视线与水银柱半圆型液面的中间对齐 实验结果处理实验结果处理(1)表表 实验结果处理实验结果处理(2)表表 实验结果处理实验结果处理(3)u按表1的数据仿下图画出三条等温线 u将实验测得的等温线与下图所示的标准等温线比较，并分析之间的差异及原因 u将实验测得的临界比容vc与理论计算值一并填入表2并分析之间的差异及原因