主页 > 技能大赛 > 二氧化碳P-V-T关系仪实验说明书 2021-09-13

二氧化碳P-V-T关系仪实验说明书

一、二氧化碳P-V-T关系仪实验目的
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、实验设备
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

实验台本体
三、二氧化碳P-V-T关系仪实验原理
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。温度由实验台上的温度显示表读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。
a）已知CO₂液体在20℃，9.8MPa时的比容

（20℃，9.8Mpa）=0.00117m³·㎏
b）实际测定实验台在20℃，9.8Mpa时的CO₂液柱高度Δh₀（m）
c）∵

（20℃，9.8Mpa）=

∴

式中：K——即为玻璃管内CO₂的质面比常数
所以，任意温度、压力下CO₂的比容为：

（m³/kg）
  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
四、实验步骤：
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，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，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。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。
2、把水注入恒温器内，至离盖30～50mm。检查并接通电路，启动水泵，调节温度旋扭设置所要调定的温度。
3、测定低于临界温度t=20℃时的等温线。
（1）将恒温器调定在t=20℃，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）注意加压后CO₂的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。将测得的实验数据及观察到的现象填入表1。
4、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_c和临界比容

_c，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，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。
5、测定高于临界温度t=50℃时的等温线。将数据填入原始记录表1。
五、实验结果处理和分析
表1

t=20℃

t=31.1℃（临界）

t=50℃

p
(Mpa)

Δh

v=
Δh/K

现象

p
(Mpa)

Δh

v=Δh/K

现象

p
(Mpa)