水的饱和蒸汽压力和温度关系实验指导书[201211版].pdf

水的饱和蒸汽压力和温度关系水的饱和蒸汽压力和温度关系 一 实验目的 1 通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验 加深对饱和状态的理解 2 通过对实验数据的整理 掌握饱和蒸汽 p t 关系图表的编制方法 3 学会压力表和调压器等仪表的使用方法 二 实验设备与原理 1 2 3 456 12 11 10 7 9 8 1 开关 2 可视玻璃 3 保温棉 硅酸铝 4 真空压力表 0 1 1 5MPa 5 测温管 6 电 压 指 示 7 温度指示 8 蒸汽发生器 9 电加热器 10 水蒸汽 11 蒸馏水 12 调压器 图 1 实验系统图 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程 汽化过程总是伴随着分子回到液体中的凝 结过程 到一定程度时 虽然汽化和凝结都在进行 但汽化的分子数与凝结的分子数处于动 态平衡 这种状态称为饱和态 在这一状态下的温度称为饱和温度 此时蒸汽分子动能和分 子总数保持不变 因此压力也确定不变 称为饱和压力 饱和温度和饱和压力的关系一一对 应 三 实验方法与步骤 1 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能 2 将调压器指针调至零位 接通电源 3 将调压器输出电压调至 100 V 左右 使蒸汽温度升至 90 左右 本步骤由指导教师完 成 4 将调压器输出电压调至 130 150 V 待蒸汽压力升至 0 1 MPa 左右时 温度升至 105 左右 水沸腾 5 将电压降至 30 60 V 保温 保温电压需要随蒸汽压力升高而升高 使其蒸汽压力和温 度稳定在某一值 1 2 分钟 记录蒸汽压力和温度值 6 重复步骤 4 5 在 0 0 8 MPa 表压 范围内实验不少于 6 次 且实验点应尽量分布 均匀 7 实验完毕后 将调压器指针旋回至零位 断开电源 8 记录室温和大气压力 四 数据记录 仪器编号 大气压力 B MPa 0 10 室温 实验 次数 饱和压力 MPa 饱和温度 误差 压力表 读数 p 绝对压 力 p p B 温度读 数 t 对 应压力 p1 温度读 数 t 绝对压 力 p 对 应温度 t t t t 100 15 273 t t p p1 p 1 100 p p 五 实验总结 1 绘制 p t 关系曲线 将实验结果绘在坐标纸上 清除偏离点 绘制曲线 0 00 10 20 30 40 50 60 70 80 9 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 Temperature Absolute Pressure Mpa 图 2 饱和蒸汽与压力曲线 2 拟合经验关联式 在对数坐标下 水的饱和蒸汽压力和温度近似满足线性关系 饱和水蒸汽压力和温度的 关系可近似用以下经验公式进行关联拟合 n tm p lnlnlntnpm 式中 t 为温度 单位 p 为绝对压力 单位 MPa m 和 n 为由实验数据得到的拟合参数 0 10 20 30 40 50 60 7 0 8 0 9 1 100 120 140 160 180 Temperature Absolute Pressure Mpa 图 3 饱和蒸汽与压力曲线 对数坐标 五 实验报告要求 1 绘制实验装置简图 2 原始实验数据 绘制 p t 关系曲线 3 误差分析 以温度测量值 t 为基准 查表 水和水蒸气热力性质图表 得测量值 t 对应 的饱和压力值 p1 计算 p1与实测压力值 p 的绝对偏差和相对偏差 以压力测量值 p 为基 准 查表 水和水蒸气热力性质图表 得测量值 p 对应的饱和温度值 t 计算 t 与实测温 度值 t 的绝对偏差和相对偏差 4 完成思考题 六 思考题 1 水的饱和蒸气压测量的不确定度来源有哪些 2 水和水蒸气的科学标准 IAPWS95 方程 中 其饱和蒸汽压的状态方程为 1 533 5 r 47 5 r ln 7 859517831 8440825911 786649722 6807411 15 96187191 80122502 p T 其中 pr p pc p 为饱和蒸气压 MPa pc为临界压力 22 064 MPa Tr T Tc Tc为临界温 度 647 096 K 1 Tr 请用上述方程计算所做实验压力下的饱和水温度 简述计算程序或计算原理 计算结果 保留 6 位有效数字 七 注意事项