CO2临界状态观测及p-v-t关系的测定.doc

实验二 CO2临界状态观测及p-v-t关系的测定一、实验目的1. 观察CO2临界状态附近气液两相界限模糊的现象，测定临界状态参数，增强对临界状态的感性认识。2. 观察汽液整体相变的现象。3. 掌握用定温法测定CO2的p-v-t关系。二、实验原理简单可压缩系统处于平衡态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定关系，可表示为F（p，v，T）= 0 或 v = f（p，T）保持温度不变，测定比容与压力的对应数值，就可得到等温线的数据。在不同温度下对CO2气体进行压缩，将此过程画在p-v图上，可得到如图1所示的CO2 p-v-t关系曲线。当温度低于临界温度tc时，该CO2实际气体的等温线有气液相变的直线段。随着温度的升高，相变过程的直线段逐渐缩短。当温度增加到临界温度时，饱和液体和饱和气体之间的界限已完全消失，呈现出模糊状态，称为临界状态。CO2的临界压力pc为7.38MPa ，临界温度tc为31.1。在p-v图上，临界温度等温线在临界点上既是驻点，又是拐点。临界温度以上的等温线也具有拐点，直到48.1才成为均匀的曲线。图1 CO2的p-v-T 关系三、实验设备 图2 实验装置系统 1、 压缩室本体 2、活塞式压力计 3、恒温器 图3 压缩室本体示意图 实验所用的设备和仪器仪表有压缩室本体1、活塞式压力计2、恒温器3、还有压力表和温度计等。实验装置系统如图2所示。气体的压力由活塞式压力计2的手轮来调节。压缩气体时，缓缓转动手轮以提高油压。气体的温度由恒温器3给水套供水而维持一定，并由水套内的温度计读出。压缩气体的压缩室本体由一根预先刻度并封有CO2气体的承压玻璃管和水银室组成，如图3所示。承压玻璃管1插入水银室2中，之后，再打开玻璃管下口。实验时，缓缓转动活塞式压力计2的手轮，逐渐增大压力油室3中的油压，使承压玻璃管中的水银面缓缓上升，压缩承压玻璃管内的CO2气体。CO2气体的体积可由承压玻璃管上的刻度读出。玻璃恒温水套5用以维持承压玻璃管1内气体温度不变的条件，并且可以透过它观察气体的压缩过程。四、实验步骤 1. 测定低于临界温度的等温线，t=20：1）打开恒温水浴的加热器开关，使用恒温水浴的电节点温度计调定水域温度t=20（取水套内两只温度计读数的平均值）。2）转动手轮以提高油压，压力记录从4MPa开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢转动手轮，记录在该温度下的若干不同压力值 p及对应的CO2体积V。压力间隔一般可取0.5Mpa，在接近饱和状态时压力间隔应取0.05Mpa。同时，注意观察承压管内水银柱上方有CO2液体出现的起始点及CO2气体全部变成液体的起始点，并记录对应的压力值 p及体积V。 2. 测定临界温度31.1的等温线，观测临界现象。重复进行步骤1，在临界状态附近压力间隔应小些，可取0.05Mpa。同时，注意观察临界状态附近气液两相界限模糊现象，并记录此时压力值pc及对应的CO2体积Vc。 3. 测定高于临界温度t=50的等温线，记录在该温度下的若干不同压力值p及对应的CO2体积V，会发现压力再高，CO2气体也不会液化。 五、实验数据处理1. 压力p：由压力台上的压力表读出。2. 比容v：由于注入承压玻璃管内的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确定CO2的比容，认为比容v与其高度是一种线性关系，具体如下：1） 已知CO2液体在20，10MPa时的比容v（20，10MPa）=0.00117m3/kg2）如前操作实地测出本实验台CO2在20，10MPa时的液柱高度h*（m）（注意玻璃水套上刻度的标记方法）。3）由1）可知因为v（20，10MPa）=0.00117m3/kg=k（kg/m2）那么任意温度压力下C2O的比容为v=（m3/kg）式中h=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。 将CO2液体比容v（m3/kg）的部分数据表列出供实验时参考。表1 CO2液体比容v（m3/kg）的部分数据3. 用表格方式列出实验所得的C O 2 p-v-T关系的数据。4. 绘制等温线，与标准等温线比较，分析之间的差异及原因。5. 将实验测定的临界比容与理论计算填入表并分析之间的差异及原因。 六、实验报告要求实验报告包括实验目的、实验原理与过程、实验数据的原始记录、实验结果整理后的图表、实验结论及讨论。七、注意事项 1、恒温水流量应足够大，使水套进、出口的水温尽可能接近相同。2、改变恒温水温度后应稳定足够长的时间，当玻璃水套上的温度计读数与恒温水浴内已标定的两只温度计读数相同时，CO2处于标定温度，然后再开始测量数据。3、转动活塞式压力计的手轮增大油压时，应使承压玻璃管中的水银面缓缓上升，保持缓慢压缩承压玻璃管内的CO2气体。4、每次加压后要有足够的时间让CO2平衡，然后再开始测量数据。5、严格遵守活塞式压力计的操作规程，特别是降低压力时，不应使承压玻璃管内的CO2突然膨胀，以致串入油室。八、实验原始记录表t=20t=31.1t=50p（MPa）hv=现象p（MPa）hv=现象p（MPa）hv=现象4.04