二氧化碳PVT关系测定实验.docx

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二氧化碳PVT关系测定实验

—氧化碳PVT关系测定实验

作者：

日期:

教学实验

—氧化碳临界状态观测及p-v-t关系

测定实验

指导书

上海绿兰教学仪器有限公司

电话:

二氧化碳PVT关系测定实验指导书

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、实验内容

1、测定CO2的p-v-t关系。

在p-V坐标系中绘出低于临界温度（t=20C）、临界温度（t=31.「C）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=20C、27C）饱和温度和饱和压力之间的对应关系,并与图四中的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、v八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教,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

恒溫水

热电偶

IE

尹电L

—

承£

阪璃

压力油

玻璃杯

、■高压容显

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,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）=O

或t=f（p,v）

⑴

本实验就是根据式

（1）,采用定温方法来测定C02的p-v-t关系,从而找出C02的p—v-t关系。

实验中，由压力台送来的压力由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C02气体的承压玻璃管，C02被压缩，其压力和容器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，由装在压力台上的压力表读出（如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。

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测量,而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件来换算得出。

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。

2、恒温器准备及温度调节：

（1）、入恒温器内,注至离盖30~50mm。

检查并接通电路,开动电动泵，使水循环对流。

（2）、使用电接点温度计时，旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与锁要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。

使用电子控温装置时,按面板温度调节装置调整温度点。

（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恒温。

（4）、观察玻璃水套上的温度计，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C02的温度处于所标定的温度。

（5）、当所需要改变实验温度时，重复

（2）〜（4）即可。

3、加压前的准备：

因为压力台的油缸容量比容器容量小,需要多次从油杯里抽油,再向主容器充

油,才能使压力表显示压力读数。

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）关闭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）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。

⑷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。

（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、精度。

（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C02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C02的比容V与其高度是一种线性关系。

具体方法如下：

a）已知C02液体在20°C,9.8MPa时的比容V（20C,9.8Mpa）=0.00117m

3

/kg。

b）实际测定实验台在20C，9.8Mpa时的CO2液柱高度△ho（m）。

（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）

c）tV（20C，9.8Mpa）=0.00117m3/kg

m

m邑K（kg/m2）

hhm/AK

（m3/kg）

A0.00117

式中，△h=h—h0

h——任意温度、压力下水银柱高度。

ho承压玻璃管内径顶端刻度。

5、测定低于临界温度t=20°C时的定温线。

（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，以保证定温条件。

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。

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时其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pc和临界比容Vc，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，而这时当压力稍在变化时，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下,如果按等温线过程进行,使C02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。

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p-v坐标系中画出三条等温线。

2、将实验测得的等温线与图三所示的标准等温线比较，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ts-ps曲线相比较。

CO2等温实验原始记录

表1

t=20C

t=31.1r（临界）

t=50r

P

（Mpa）

△h

V=

△

h/K

现象

p

（Mpa）

△h

v=△h/

K

现象

p

（M

Pa）

△h

V=

△h

/K

现象

进行等温线实验所需时间

分钟

分钟

分钟

0.DC6

0.0C10.002:

6D.0C4

1兀弓

th#v[r^/Kg]

标准曲线

49D

/

厂

*

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A

^.06

151617IB19?

0El2223凸25272S凸30

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B3

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4、将实验测定的临界比容V°与理论计算值一并填入表2,并分析它们之间的

差异及其原因

标准值

实验值

Vc=RTc/p°

V°=3/8

RT/Pc

0.00216

表2

临界比容Vc:

m3/Kg]

f