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1、水水银ng图二实验台本体：=lEl CEL空间承压筱辐压力油J高庄客舉密封填料 庄盖 压力油工程热力学实验一二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验实验目的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、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。4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。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 试验台系统图试验台本体如图二所示。其中：1高压容器；2
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；9CO2 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）=0 或 t=f（p,v）（1）本实验就是根据式（ 1），采用定温方法来测定 CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高 压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了 CO2 气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压 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值，由装在压力台上的 压力
3、表读出。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截面不变等条件来换算 得出。实验内容1、测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20C）、临界温度 （t=31.1C）和高于临界温度（t=50C）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=20C、27C）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的t-p曲线比较。S丄S3、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CO2的p、v、t等临界参数，
4、并将实验所得的v值与理想气体状态方程和2cccc 范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。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(目的是易于观察)。2、恒温器准备及温度调节：(1) 、把水注入恒温器内，至离盖3050mm。检查并接通电路，启动水泵，使水循环 对流。(2) 、把温度调节仪波段开关拨向调节，调节温度旋扭设置所要调定的温度，再将温度 调节仪波段开关拨向显示。(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) 、观察温度，其读数的温度点温度与设定的温度一致时(或基本一致)，
5、则可(近 似)认为承压玻璃管内的co2的温度处于设定的温度。(5) 、当需要改变实验温度时，重复(2)(4)即可。 注意：当初始水温高于实验设定温度时，应加冰进行调节。3、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、等。( 2)常规数据记录： 室温、大气压、实验环境情况等。(3)测定承压玻璃管内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V与其高度是一种线性关系。 具体方法如下：a) 已知 CO2液体在 20C, 9.8MPa 时的比容V (20C, 9.8Mpa) =0.00117M3
6、/kg。b) 实际测定实验台在20C，9.8Mpa时的CO2液柱高度4 h (m)。(注意玻璃管水套上 刻度的标记方法)Ah Ac) W ( 20C,98Mpa)= 二 0.00117m3 /kgmm 二叫二 K(kg /m2)A 0.0 0 1 1 7其中：K即为玻璃管内CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比容 为：AhAhm/ A Km3/kg)式中， h=h-h 0 h任意温度、压力下水银柱高度。h0承压玻璃管内径顶端刻度。4、测定低于临界温度t=20C时的等温线。(1) 将恒温器调定在t=20C，并保持恒温。(2) 压力从4.41Mpa开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足
7、够缓慢地摇进活塞螺杆， 以保证等温条件。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=20C、27C时其饱和温度和饱和压力的对应关系。5、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 和临界c比容v，并将数据填入表1。c（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
8、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 压力稍再变化时，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 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
9、液面。这就是说，如果这时管内的CO2是气体的话，那么，这种气体 离液区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在压缩之后，突然膨胀 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 态的液体。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。6、测定高于临界温度t=50C时的定温线。将数据填入原始记录表2。实验数据记录1、 当时当地大气压：pb； 室温：t0=A b=02、 管内CO2质面比常数的标定：h0=，%=:A h K
10、 = o （kg / m 2） 0.00117=:3、CO2等温实验原始记录表1t=20Ct=31.1C(临界)t=50Cp (Mpa) hv=A h/K现象p (Mpa) hv=A h/K现象p (Mpa) hv=A h/K现象进行等温线实验所需时间分钟分钟分钟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t-p曲线相比较。S S4、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c原因。临界比容Vm3/Kg表2标准值c实验值Vc=R T /PVc=3/8 RT/P0.00216gcc-gcc5、其它（报告体会或改进意见等）。图三标准曲线
