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1、教学实验二氧化碳临界状态观测与 p-v-t 关系测定实验指导书绿兰教学仪器二氧化碳 PVT 关系测定实验指导书一、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、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。二、实验容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=20 C）、临 界温度（t=31.1 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
2、 线与理论计算值相比较， 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-ps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CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状 态方程和德瓦尔方程的理论值相比教， 简述其差异原因。三、实验设备与原理 整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体与其防护罩等三大部分组成（如图 一所示）。nu恒琨东潜rcr图 一 试 验台 系 统 图承压玻璃密賢填料压盖玻璃杯水银高压容器图二 试验台 本体试验 台 本
3、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；9CO 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)=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，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 CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容器通过压力台上 的活塞杆的进、 退来调节。温度由恒温器供给的水套里
4、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二氧化碳柱的高度来测量，而后再根 据承压玻璃管径均匀、 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、恒温器准备与温度调节：(1 )、入恒温器，注至离盖3050mm。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 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
5、，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与电接点温度 计标定的温度一致时(或基本一致)，则可(近似)认为承压玻璃管的CO2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力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操
6、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）关闭压力表与其进入本体油 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。（4）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，压力表与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： 室温、大气压 、实验环
7、境情况等。（3）测定承压玻璃管CO2质量不便测量，而玻璃管径或截面积（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 ） =0.00117m 3/kg。b）实际测定实验台在20 C , 9.8Mpa时的CO2液柱高度A h0 （ m ）。（注意玻璃 管 水 套 上刻度 的 标记 方 法 ）Ah Ac）/ V （ 20C , 9.8Mpa ） = = 0.00117m3 /kgm mAh=0= K（kg /m2）A 0.00117其中
8、：K即为玻璃管CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比容为:AhAhm / A K(m3/kg )式 中 ，A h=h-h 0h任意温度、压力下水银柱高度。h0承压玻璃管径顶端刻度。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 4.41Mpa 开始， 当玻璃 管水银柱升起来后 ， 应足够缓慢地摇进 活 塞螺杆, 以保 证定 温条件。 否则, 将来不与平衡, 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
9、和温度之间的对应关 系以与液化、 汽化等现象。 要将测 得的实验数据与观察 到的现象一并填入表 1。( 5)测定 t=25 C 、27C 时其饱和 温度和饱和压力的对 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Pc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
10、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 CO2 出现明显的 液面。 这就是说， 如果这时
11、管的 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。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
12、-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 异与原因。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=31.1 C (临界)t=50 C(Mpa) hv= h/K现象(Mpa) hv= h/K现象(Mpa) hv= h/K现象进行等温线实验所需时间分钟分钟分钟3 O.COl 0.002.6：,：/O.OQfcJ.OOS0.0133.01 E比容g3092827nj62524232E2rlQ254、将实验测定的临界比容Vc与理论计算值一并填入表2，并分析它们之间的差异与其原因。临界比容 Vcm 3/Kg表 2c标准值实验值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.00216
