建环实验指导书改

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1、工程热力学实验实验一 二氧化碳临界状态观测及 p-t 关系实验一实验目的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。3掌握 CO2 的 p-v-t 关系的测定方法学会用实际气体状态变化规律方法和技巧。4学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确方法。二实验设备及原理1整个实验装备由压力台，恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成，如图一所示。2试验台本体如图二所示。- 1 -其中1高压容器； 2玻璃杯；3压力油； 4水银；5密封填料； 6填料压盖；7恒温水套； 8承压玻璃管；9CO2 空间； 10温度

2、计。3对简单可压热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数 p、t 之间有：F（p，t）=0 或 t = f（p， ） (1)本试验就是根据(1)，采用定温方法来测定 CO2 p- 之间的关系。从而找出 CO2 的 p-t 关系。4实验中由压力台送来的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 的承压玻璃管。CO 2 被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞螺杆的进，退调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。- 2 -5实验工质二氧化碳的压力由装压力台的压力表读出（如要提高精度可由加在活塞转盘上的砝码读出，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

3、先由承压玻璃管内的二氧化碳柱的高度来度量，而后这根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出。三实验步骤1按图一装好设备，并开启试验本体上的日光灯。2使用恒温器调定温度（1） 将蒸馏水注入恒温器内，注至 3050mm 为止。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。（2） 旋转点接点温度计顶端的帽形磁铁调动凸轮示标使凸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。（3） 视水温情况，开、关加热器，当水温未达到调定的温度时，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的温度计及点接点温度计标

4、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） 当需要改变试验温度时重复（2）（4）即可。3加压前的准备因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油缸里抽油，再向主容器内充油，才能在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）压力表及其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，经本体充油，如此交

5、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，若均已稳定即可进行实验。4做好实验的原始记录及注意事项（1）设备数据记录：仪器、仪表的名称、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）定承压玻璃管内 CO2 的质面比常数 k 值。由于冲进承压玻璃管内的 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 与其高度是一种线性关系，具体如下：a) 已知 CO2 液体在 20，9.8Mpa 时的比容（ 20 ，9.8Mpa）=0.00117m/

6、kgb）如前操作实地测出本试验台 CO2 在 20，9.8Mpa 时的 CO2 液柱高度 h*（m）（注意玻璃水套上刻度的标记方法）c）由 a）可知 （20，9.8Mpa ）=h*A/m=0.00117 m/kgm/A=h*/0.00117=k（kg/m）那么任意温度，压力下 CO2 的比容为=h/（m/A）=h/k （m/kg）式中 h = h - h0h任意温度，压力下水银液柱高度h0承压玻璃内径顶端刻度（4）试验中应注意以下几点：a） 做各条定温线时，实验压力 p9.8Mpa 实验温度 t50b） 一般取 h 时压力间隔可取 0.1960.490Mpa（0.20.5Mpa）但在接近饱和-

7、 3 -状态时和临界状态时压力间隔取 0.049Mpa（0.05 Mpa ） 。c） 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一齐。5测定低于临界温度 t=20 时和 t=25时的定温线（1） 使用恒温器调定 t=20 并要保持恒温。（2） 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。（3） 按照适当的压力间隔取 h 值至压力 p=9.8Mpa（4） 注意加压后，CO 2 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，要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入

8、表 1。（5） 测定 t=25，t=27 其饱和温度与饱和压力的对应关系。6测定临界等温线和临界参数，临界现象观察。（1）仿照 5。那样测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力 Pc 和临界比容 c 并将数据填入表 1。（2）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互相转变不是像临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定时间，表现为一个渐变的过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式互相转化。b) 汽、液两相模糊不清现象处于临界点 CO2 的具有共同参数（p, ,t） ，因而是不能区别此时 CO2 是气态还是液态，那么这个液

9、体又是接近气体的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时是处于临界温度下，如果按等温线过程进行来使 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，这就说明，如果这时管内 CO2 是气体的话，那么这种气体离液区很接近，可以说是接近液体的气体；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体的液体，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

10、究竟如何，饱和汽液分不清。这就是临界点附近饱和汽液模糊不清现象。7测定高于临界温度 t=38 时和 t=45时的等温线，要将数据填入表 1。CO2 等温实验原始记录 表 1 0t 25t .3tP(Mpa) h =h/k 现象 P(Mpa) h =h/k 现象 P(Mpa) h =h/k 现象4.44.99.838t 45tP(Mpa) h =h/k 现象 P(Mpa) h =h/k 现象- 4 -四绘制等温曲线与比较1按表 1 的数据仿图三绘出 p v 图上五条等温线。2将实验测得的等温线与图三所示的标准等温线比较；并分析其中的差异及原因。3将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图四绘出的

11、 tsp s 曲线相比较。4将实验测得的临界比容 与理论计算值一并填入表 2，并分析其中差异及原因。c临界比容 (m3/kg) 表 2c标准值 实验值 cPRTvccPRTv830.00216五实验报告1简述实验原理及过程。2各种数据的原始记录。3实验结果整理后的图表。4分析比较等温曲线的实验值与标准值之间的差异及其原因。分析比较临近比容的实验值与标准值及理论计算值之间的差异及原因。图三 标准曲线- 5 -图四 CO2 饱和温度与饱和压力关系曲线图四 CO2 饱和温度与饱和压力关系曲线- 6 -实验二 气体定压比热容测定实验一实验目的1 了解气体比热测定装置的基本原理和构思。2 熟悉本实验中测

12、温、测压、测热、测流量的方法。3 掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。4 分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二实验原理引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：和 pdvuqvdphq定压时 0dppp ThTc此式直接由 的定义导出，故适用于一切工质。pc在没有对外界作功的气体的等压流动过程中：pQmdh1则气体的定压比热容可以表示为：kJ/kg 1221tcptp式中： 气体的质量流量，kg/s；m气体在等压流动过程中的吸热量，kJ/s。pQ由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：

13、2etbacp式中 、 、 等是与气体性质有关的常数。在离开室温不很远的温度范围内，空气abe的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，假定在 0-300之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系： tcp则温度由 至 的过程中所需要的热量可表示为：1t2dtbaqt21由 加热到 的平均定压比热容则可表示为：1t2t 21122121 ttcttpm若以（t 1+t2）/2 为横坐标， 为纵1tp坐标（如右图所示） ，则可根据不同温度范围的平均比热确定截距 a 和斜率 b,从而得出比热随温度变化的计算式 。bt大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度 加热到 时，其中水蒸气的吸热

14、量1t2t可用式下式计算：- 7 -dtmQtw210172.84.式中： 气流中水蒸气质量，kg/s。则干空气的平均定压比热容由下式确定：1212)()(21 tmQtmQcwpwptpm 式中： 为湿空气气流的吸热量。p三.实验设备图 二- 8 -1整个实验装置由风机，流量计，比热仪本体，电功率调节及测量系统共四部分组成，如图一所示。2比热仪本体如图二所示。由内壁镀银的多层杜瓦瓶 2、进口温度计 1 和出口温度计8（铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）电加热器 3 和均流网 4，绝缘垫 5，旋流片 6和混流网 7 组成。气体自进口管引入，进口温度计 1 测量其初始温度，离开电加热器的气体经

15、均流网 4 均流均温，出口温度计 8 测量加热终了温度，后被引出。该比热仪可测300以下气体的定压比热。四实验方法及数据处理1接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。2摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。测出流量计出口空气的干球温度（t 0）和湿球温度（t w） 。3将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度可以根据下式预先估计所需电功率：W12t/。式中 W 为电功率（瓦） ；t 为进出口温度差（） ； 为每流过 10 升空气所需时间（秒）。4待出口温度稳定后（出口温度在 10 分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定） ，读出下列数据：每 10 升气体通过流量计所需时间（，秒） ；比热仪进口温度（ t1， ）和出口温度（ t2， ） ；当时大气压力（ B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（h ， 毫米水柱） ；电热器的电压