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1、二氧化碳临界状态观测及p- U -t关系实验指导书一、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、加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3、掌握CO2的p- u -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器的正确使用方法。二、实验内容1、测定CO2的p-u-t关系。在p-u坐标图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=40C )的三条等温曲线，并与标准实验曲线(见图三) 及理论计算值相比较，分析差异原因。2、测定CO2在
2、低于临界温度时(t=20C)饱和温度与饱和压力之间的对应关系并 与图四中绘出的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p ,v ,t等临界参数，并将实验所得的v值与理想气体状态方程2 c c c c 和范德瓦尔斯方程的理论值相比较，简述其差异原因。三、实验设备及原理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 一所示。2、试验台本体如图二所示。3、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)二 0或t 二 f (p, v)(1)本试验就是根据
3、(1),采用定温方法测定CO2的的P-u之间的关系，从而找出 CO2 的 p-u -t 的关系。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 预先装入CO2气体的玻璃管。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。5、实验工质CO2的压力由装在压力台上的压力表读出(如果提高精度，还须考 虑水银柱高的修正等)。温度由插在恒温水浴中的温度传感器读出。比容首先由承压 玻璃管内CO2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、实验步骤1、按图一安装好试验设备，使用定温器设定需要温度。-
4、Dn.?Ki/ tHHHHL力社E-2、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。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) 关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门。(4) 摇进活塞螺杆，向本体充油，如此反复，至压力表有读数时为止。3、实验的原始纪录及注意事项(1)测定承压玻璃管内的co2的质量比常
5、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，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容u与其高度 是线性关系，具体如下：a)已知CO2液体在20C、9.8MPa时的比容为V (20oC,9.8MPa)二 0.00117 m3. Kgb)如前操作,测出本试验台CO2在20C, 9.8MPa时的CO2的液体高度Ah*(m) (注意玻璃水套上刻度的标记方法)Ah* Ac) / V (20oC,9.8MPa)= =0.00117 m3. KgmmAh*k =A 0.00117那么任意温度、压力下CO2的比容为：AhAh. “u =m 3.
6、： Km / Ak式中 Ah = |h -h0h-任意温度、压力下水银柱高度 h0-承压玻璃管内径顶端刻度(2)实验中应注意以下事项：a) 做各条定温线时，实验压力PW8MPa，实验温度tW40C。b) 般取h时压力间隔可取0.1960.490 MPa，但在接近饱和状态和临界状态时, 压力间隔应取为 0.049 MPa。c) 实验中读取水银柱液面高度时要注意，应使视线与水银柱半园型液面的中间 对齐。d) 三条等温线加压起点均为4.41Mpa，因此当温度为31.1C、40C时压力不需 从零开始，只有当三组实验完成后，压力才需降至零。4、测定t=20C时的定温线(1) 使用定温器调定t=20C，并
7、保持恒温。(2) 压力记录从4.41MPa开始，当玻璃管内水银开始起来后，就缓慢地摇进活塞 螺杆，以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准确。(3) 按照适当的压力间隔读h值，直至压力P=8MPa。(4) 注意加压后CO2的变化，特别是饱和压力与饱和温度的对应关系，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实验记录表 1 中。(5) 测定t=20C时饱和温度与饱和压力的对应关系。5、测定临界(t=31.1C)等温线、临界参数入临界现象观察(1) 仿照4,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 U c填入实验记录表中。(2) 临界现象观察a) 整体相变
8、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为一点，所以这时汽液的相互转变不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，而是当压力稍有变化，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的CO2汽液两态具有共同参数(p、u、t),因而是不能区别此时CO2 是气态还是液态。如果说它是气体是接近液态的气体；如果说它是液体，那么又是 接近气态的液体。下面用实验证明这个结论。因为这时是处于临界温度，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。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
9、由临界点沿绝热线降到液 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；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，所以处于临界点附近。 那么临界状态空间如何，应该说饱和汽、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t=40C时的等温线，将数据填入实验记录附表1。五、绘制等温曲线与比较1、将实验数据进行处理，并在p- u图上画出三条等温线。2、将实验测得的等温线与图三所示的标准等温线比较
10、，并分析之间的差异及原 因。3、将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应关系与图四的ts ps曲线相比较。4、将实验测定的临界比容u c与理论计算值一并填入附表2并分析之间的差异 及原因。六、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。5、简述实验收获对实验改进意见6.8629A0 P.MlC.QMi* 0.004:汽栽井存 Usire27-C 20nC 10BC图三 标准曲线7.351718 1$ 20 2t 22 23 24 25 26l?
11、293Ots(C)图四t -p曲线ss附表附表一 co.等温实验原始记录标准值实验值RTv 二C cPC3RTv =Cc8 PC0.00216空气定压比热测定实验指导书空气定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一，实验中涉及温度、压力、 热量、流量等基本量的的测量；计算中用到比热及混合气体(湿空气)方面的基本 知识。本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际， 培养学生分析问题和解决问题的能力。一、实验要求1、了解空气比热测定装置的基本原理和结构；2、自主选择测量点，熟悉本实验中的测温、测压、测热量、测流量的方法；3、根据比热公式由基本数据计算空气比热值；4、分析本实验产
12、生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验原理气体的定压比热定义为：Cp =在没有对外界作出功的气体的等压流动过程中，dh=性m，则气体的定压比热可表示为：Cpmt2 -T2 mT - t)21式中 m气体的质量流量，kgsQ 气体在定压流动过程中的吸热量，kJsg低压气体的定压比热容通常用温度的多项式表示，例如空气的定压比热容的实验关系式：C 二 0.9705 0.06791 x 10-3T + 0.1658 x 10-6T2 kJ： kg - Kp在与室温相近的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似看为线性的，可近似表示为：Cp 二 a + bT由T1加热到T2的平均比热容J T2
13、 (a + bT)dtt 丰 t2 kJ kg -K当湿空气气流由T1加热到T2时，其中水蒸气的T2 = = a + b2 1pm T T T1 2 1吸热量可用下式计算： Q =展f(1.6878 + 0.5345 x 10-3)dT大气是含水蒸气的湿空气，wwT1二 m 1.6878(T T) + 0.2672x 10-3(T2 T2)kJ. sw2121式中，m为气流中的水蒸气质量，kg-s。于是，干空气的平均定压比热容由下 w式确定：Cpm t2T1gwm (t - t)m (t - t)g 21g 21kJ kg - KQ为湿空气气流的吸热量。w三、实验装置1、整个装置由风机、湿式流
14、量计、比热仪本体、电功率调节器及测量系统 共五部分组成，如图所示。2、比热仪本体如图二所示。3、空气(也可以是其它气体)由风机经流量计送入比热仪本体，经加热、均 流、旋流、混流、测温后流出。气体流量由节流阀控制；气体出口温度由输入电 热器的电压调节。图一四、实验测量与计算1、用温湿度计表测量空气的干球温度(T ,K)及相对温度申，由湿空气的焓-0湿图确定含湿量，并计算出水蒸气的容积成分r。w2、调节加热器功率，使出口温度升高至一定温度，当实验工况稳定后测定每10升气体通过流量计所需时间(T ,s)；比热仪进口温度(T,K)和出口温度1(T ,K)；当地大气压力(B,Pa)和流量计出口处的表压(Ah,mmHO)；电热器的功 22率 W 。实验中需要计算干空气的质量流量展、水蒸气的质量流量展，电加热器的 gw放热量，水蒸气吸收热量等数据。1、根据空气的干球温度和相对湿度，从湿空气的焓湿图查出含湿量(d(g Kg)干空气)，并根据下式计算出水蒸气的容积成分；r 二w 1 + d /622图二2、电热器单位时间放出的热量为：W X10-3 kw3、干空气流量为：p 讴 d-r)
