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1、二氧化碳临界状态观测及p-v-t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pvt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、实验内容1、测定CO2的p一v-t关系。在p一v坐标系中给出低于临界温度(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=20
2、C、27C)饱和温度和饱和压力之间的对 应关系，并与图中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 体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。三、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 试验台系统图图二 试验台本体试验台本体如图二所示。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；9 CO2空间； 10温度计。对简单可压缩热力系统,
3、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pv-t关系，从而找 出CO2的pv-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帮玻璃杯上半部，迫 使水银进入预先CO2气体的承压力玻璃管容器,C02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表读出 .温度由插在恒 温水套中温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后 者根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出
4、。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（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， 使水待理不理对流。(2) 、把温度调节仪波段形状拨向调节，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的恒 温。(4) 、观察温度，其读数的温度点温度设定的温度一致时(或基本一致时 0， 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)、当所需
5、要改变实验温度时,应加冰进行调节。3、加压前的准备 因为压力台的油缸容量比容器容量小,需要多次从油杯时抽油，再向主容器管充油、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，开启压力台油杯上的进油 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表读数 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
6、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、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 kg。b) 实际测定实验台在20C,9.8MPa时的CO2液柱高度厶h(m)。(注意玻 璃管水套上刻度的标记方法)c) v(20oC
7、,9.8Mpa) = hoA = 0.00117 m3/kgmo = k (kg/m2)0.00117其中:K 即为玻璃管内CO2的持面比常数. 所以，任意温度、压力下CO2的比容为：(m3/ kg)AhAhv =m A K式中：Ah = h 一 hoh 任意温度、压力下水银柱高度。h 承压玻璃管内径顶端刻度。o5、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)
8、 注意加压后CO2的变化，特别是注意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=25C、27C时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p和临界比容v,并将数据填入表1。cc(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，饱和汽线和饱和流线合于一点，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、液是以突变的形式相互转化。b) 汽、液
9、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，我们按绝热过程过程来进行。首先在压力等于7MPa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=50C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pv坐标系中画出三条等温线。2、将实验测得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。ss
