发布时间 : 星期六 文章热工基础综合实验最终版(1)更新完毕开始阅读9e24a59753e79b89680203d8ce2f0066f5336431
实验一 二氧化碳P-V-T关系测定及临界状态观测
Experiment of CO2
一、实验目的
1、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、加深对课堂所讲的有关工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解； 3、掌握CO2的p-v-T关系测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧； 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
本实验内容包括以下三个部分：
1、测定CO2的p-v-T关系，在p-v图上画出低于临界温度（t?20℃）、临界温度（t?31.1℃）及高于临界温度（t?50℃）的三条等温线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，分析产生差异的原因；
2、测定CO2在低于临界温度时（t?20℃、25℃及27℃）饱和温度与饱和压力的关系； 3、观测临界现象
1）临界状态附近气液两相分界模糊的现象； 2）气液整体相变现象； 3）测定CO2的
tc、
pc、
vc等临界参数，并将实验所得的
vc值与由理想气体状态方程及范德瓦尔
方程所得的理论值相比较，简述产生差异的原因。
三、实验原理
简单可压系统处于平衡状态时，其状态参数压力p、比容v、温度T之间存在着确定的关系，即状态方程为
F(p,v,T)?0
或
p?f(v,T)
（1） （2）
当保持T不变时测定比容与压力的对应数值，可获得到等温线数据，从而可作出P-V图。
在低于临界温度时，实际气体的等温线有气液相变的直线段，而理想气体的等温线是正双曲线，任何时候也不会出现直线段。只有在临界温度以上，实际气体的等温线才逐渐接近理想气体的等温线。所以理想气体的理论不能解释实际气体的气液两相转变及临界状态。
CO2的临界压力为pc?73.87bar，临界温度为tC?31.1℃。在低于临界温度时，等温线出现气液相变的直线段，如图1所示。t?30.9℃是恰好能压缩得到液体CO2的最高温度。在临界点附近出现气液分界模糊的现象。在临界点温度以上的等温线具有斜率转折点，直到48.1℃才成为均匀的曲线（图中未标出）。
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1973年范德瓦尔首先对理想气体状态方程式提出了修正，他考虑了气体分子体积和分子之间的相互作用力的影响，提出如下和修正方程：
(p?
或写作
a)(v?b)?RgTv2
（3） （4）
pv3?(bp?RgT)v2?av?ab?0
范德瓦尔方程虽然也还不够完善，但它反映了物质气液两相的性质及两相转变的连续性。
本实验就是根据方程（2），采用定温实验的方法来测定CO2的p-v之间关系，从而得出CO2的p-v-T关系，并观测其临界现象。
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四、实验设备及数据测量
1、整个实验装置由试验本体、活塞式压力计、及恒温器三大部分组成，如图2。
实验设备相关参数见表1（注：有些设备参数可能与表中有不同，请学生自行记录）。
表1设备规格 仪器 压力表校检器 标准压力表
2、试验台本体如图3所示。
3、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，迫使杯中水银进入预先装有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活塞杆的进退来调节，温度则由恒温器供给的水套里的水温来调节；
4、实验工质CO2的压力由装在压力台上的压力表读出（若要提高精度考虑水银柱高度的修正）。 5、工质温度则由插在恒温水套中的温度计读取。
6、工质比容首先由承压玻璃管内CO2的高度来度量，而后根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算获得，这种方法称为质面比法。
下面介绍测定承压玻璃管内CO2比容的质面比法：
由于充入承压玻璃管内的CO2质量不便于测定，而玻璃管内径或截面积也不易准确测量，因而实验中采用间接方法来确定比容：认为CO2比容与其在承压玻璃管内的高度之间存在线性关系，具体作法示例如下：
已知CO2液体在某一状态下的比容值（可由表2获得）。 例如：T=20℃、p=100atm时，v=0.00117m3/kg；
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型号 CJ-50 59-08434 量程 1～60MPa 0～100Kgf/m2 精度 1/6Kgf/m2
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3二氧化碳p-v-T关系实验台本体结构图
表2二氧化碳液体比容的部分数据（单位：m3/kg）
压力（atm） 40 50 60 80 100 温度（℃） 0 0.001069 0.001059 0.001050 0.001035 0.001022 10 —— 0.001147 0.001129 0.001101 0.001086 *20 —— —— 0.001276 0.001212 0.001170 30 —— —— —— 0.001407 0.001290 测定该实验台CO2在上述状态下的液柱高度，记为?h（m）；
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