实验1 二氧化碳临界状态观测及p-υ-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-υ-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、恒温器等部分热工仪表的正确使用方法二、 实验内容1. 测定CO2的p-υ-t关系在p-υ坐标图中绘出低于临界温度（t=20℃）、等于临界温度（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，并分析差异原因2. 测定CO2在低于和高于临界温度时（t=25℃， 50℃）饱和温度与饱和压力之间对应关系并与图中绘出的ts~ps曲线比较3. 观测临界状态1） 临界状态附近汽液两相模糊的现象2） 汽液整体相变现象3） 测定CO2的tc,pc, υc等临界参数并将实验所得的υc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因三、 实验原理 1. 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、υ、t之间有：F(p, υ,t)=0 或 t=f(p, υ) (1)本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2 p-υ之间的关系。
从而找出CO2的p-υ-t的关系2. 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气体的承压玻璃管CO2被压缩，其压力和容积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3. 实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出，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度量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出四、 实验设备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，如图1-4-1所示2. 试验台如图1所示，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-恒温水管； 8-承压玻璃管；9-CO2空间； 10-温度计图1试验台系统图试验本体如图2所示图2试验台本体五、 实验步骤1. 按图装好实验设备2. 使用恒温器调定温度（1） 检查并接通电路，开启电动泵，使水循环对流2） 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恒温。
4） 观察玻璃水套上温度计，若其读数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：（1） 关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阀门4） 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（1） 常规数据记录： 室温、大气压、实验环境情况等2） 测定承压玻璃管内CO2的质面比常数k值由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积 (A)又不易测准，因而实验中要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υ（20℃， 9.8MPa）=0.00117m3/kgb) 如前操作实地测出本试验台CO2 在20℃，9.8MPa时的液柱高度 Δh（m）（注意玻璃水管上刻度的标记方法）c) 由a)可知∵υ（20℃，9.8MPa）∴ 那么任意温度，压力下CO2 的比容为 式中 Δh＝h—h0 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5．测定低于临界温度t＝20℃ 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4.4lMPa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，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，要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表15） 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υc，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相互转变不是像临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的过程，而这时当压力稍有变化时，汽、液是以突变的形式相互转化b）汽、液两相模糊不清现象处于临界点CO2的具有共同参数（P，υ，t），因而是不能区别此时CO2 是气态还是液态的如果说它是气体，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 出现了明显的液面，这就说明，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，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℃时的等温线，步骤同5相似，要将数据填入表 1六、 实验注意事项：1.做各条定温线时，实验压力P≤9.8 Mpa ，实验温度t≤50（℃）2.一般取h时压力间隔可取0.196～0.490 Mpa，但在接近饱和状态时和临界状态时，压力间隔应取为0.049 MPa3.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七、 数据整理绘制等温曲线与比较1． 表1的数据仿图三绘出p-υ图上画出三条等温线。
2． 将实验测得的等温线与图3所示的标准等温线比较、分析之间的差异及原因图3 标准曲线3.将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图4绘出的ts~ps曲线相比较4.将实验测得的临界比容υc与理论计算值一并填入下表内并分析之间的差异及原因图4 CO2饱和温度与饱和压力关系曲线八、 思考题1． 分析比较等温曲线的实验值与标准值之间的差异及原因2． 分析比较临界比容的实验值与标准值及理论计算值之间的差异及原因22 。