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1、水的饱和蒸汽压力和温度关系水的饱和蒸汽压力和温度关系 一、实验目的 1. 通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解。 2. 通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽 p-t 关系图表的编制方法。 3. 学会压力表和调压器等仪表的使用方法。 二、实验设备与原理 1234561211107981. 开关 2. 可视玻璃 3. 保温棉（硅酸铝） 4. 真空压力表（-0.11.5MPa） 5. 测温管 6. 电 压 指 示7. 温度指示 8. 蒸汽发生器 9. 电加热器 10. 水蒸汽 11. 蒸馏水 12. 调压器 图 1 实验系统图 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程。 汽化过程总是
2、伴随着分子回到液体中的凝 结过程。到一定程度时，虽然汽化和凝结都在进行，但汽化的分子数与凝结的分子数处于动 态平衡，这种状态称为饱和态，在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸汽分子动能和分 子总数保持不变，因此压力也确定不变，称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系一一对 应。 三、实验方法与步骤 1. 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 2. 将调压器指针调至零位，接通电源。 3. 将调压器输出电压调至 100 V 左右，使蒸汽温度升至 90 左右（本步骤由指导教师完 成） 。 4. 将调压器输出电压调至 130150 V， 待蒸汽压力升至 0.1 MPa 左右时， 温度升至 105 左
3、右，水沸腾。 5. 将电压降至 3060 V 保温（保温电压需要随蒸汽压力升高而升高） ，使其蒸汽压力和温 度稳定在某一值 12 分钟，记录蒸汽压力和温度值。 6. 重复步骤 4、5，在 00.8 MPa（表压）范围内实验不少于 6 次，且实验点应尽量分布均匀。 7. 实验完毕后，将调压器指针旋回至零位，断开电源。 8. 记录室温和大气压力。 四、数据记录 仪器编号 大气压力 B / MPa 0.10 室温 / 实验次数 饱和压力 MPa 饱和温度 误差 压力表读数 p 绝对压力 p=p+B 温度读数 t对应压力 p1 温度读数 t 绝对压力 p 对应温度 t t=t-t %100 15.27
4、3 ttp= p1-p 1100%p p 五、实验总结 1. 绘制 p-t 关系曲线 将实验结果绘在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.990100110120130140150160170180Temperature ()Absolute Pressure (Mpa)图 2 饱和蒸汽与压力曲线 2. 拟合经验关联式 在对数坐标下， 水的饱和蒸汽压力和温度近似满足线性关系， 饱和水蒸汽压力和温度的 关系可近似用以下经验公式进行关联拟合： ntm p lnlnlntnpm 式中，t 为温度，单位，p 为绝对压力，单位 MPa，m 和 n 为
5、由实验数据得到的拟合参数。 0.10.20.30.40.50.60.7 0.8 0.9 1100120140160180Temperature ()Absolute Pressure (Mpa)图 3 饱和蒸汽与压力曲线（对数坐标） 五、实验报告要求 1. 绘制实验装置简图。 2. 原始实验数据，绘制 p-t 关系曲线。 3. 误差分析。以温度测量值 t为基准，查表（水和水蒸气热力性质图表）得测量值 t对应 的饱和压力值 p1， 计算 p1与实测压力值 p 的绝对偏差和相对偏差； 以压力测量值 p 为基 准，查表（水和水蒸气热力性质图表）得测量值 p 对应的饱和温度值 t，计算 t 与实测温
6、度值 t的绝对偏差和相对偏差。 4. 完成思考题。 六、思考题 1. 水的饱和蒸气压测量的不确定度来源有哪些？ 2. 水和水蒸气的科学标准(IAPWS95 方程)中，其饱和蒸汽压的状态方程为： 1.533.5 r47.5 rln( 7.859517831.8440825911.786649722.680741115.96187191.80122502)/pT 其中，pr=p/pc，p 为饱和蒸气压，MPa，pc为临界压力，22.064 MPa；Tr=T/Tc，Tc为临界温度，647.096 K； =1-Tr。 请用上述方程计算所做实验压力下的饱和水温度， 简述计算程序或计算原理， 计算结果 保留 6 位有效数字。 七、注意事项 1. 实验装置通电后不得离开。 2. 实验装置设定安全压力为 0.8 MPa（表压） ，切不可超压操作。 清华大学热能系热工学实验室 联系教师：李辉 手机：13910997103 邮箱：hui-
