工程热力学——实验指导书.doc

工程热力学课程实验指导书实验一 空气绝热指数测定一、实验目的1、测定空气的绝热指数K和空气的比热Cp和CV2、熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验方法；3、演示刚性容器充放气过程的热过程现象二、实验装置及原理 空气绝热指数测定装置如图所示，利用气囊往有机玻璃容器内充气，通过U型压力计测出容器内压力P1，压力稳定后，突然打开阀门5并迅速关闭。在此过程中，空气绝热膨胀，在U型压力计上显示出膨胀后容器内的空气压力P2；然后，持续一小时左右，使容器中的空气与实验环境的空气进行热交换，最后达到平衡，即容器中的空气温度与环境温度相等。此时，U型压力计显示出温度平衡后容器中空气压力P3。三、实验方法与步骤1、测试前的准备1）将阀门5的锥形塞拔出，抹上一些真空油，以改善阀门的密封性能。抹油后安装就位并拧紧。2）在阀门5开放的情况下（即容器与大气相通），用医用注射器将蒸馏水注入U型压力计120150mm左右的水柱高。水柱内应不含气泡。如有气泡，应设法排除。3)调整装置的水平位置，使U型压力计两水管中的水柱高在一个水平线上。2、测试步骤1）记录U型空压计初始读数h0。2）关闭阀门5，把容器拧紧。3）用气囊往有机玻璃容器内缓慢充气，容器内的压力由U型压力计的水柱差显示。此时的压差150200mm水柱为宜。待压力稳定后，记录下此时的压差值h。4）突然打开阀门5并迅速关闭。空气绝热膨胀后，在U型管内显示出膨胀后容器的气压。记录此时的压差值h2.5）持续12小时后，待容器内空气的温度与测试现场的大气温度一致时，记下此时容器内空气压力的压力差h36）一般要求重复三次测试，取其测试结果的平均值。四、实验注意事项1、气囊往往要漏气，充气后必须用夹子将胶皮管夹紧。2、在测试过程，测试现场的温度要求保持基本恒定。不然，很难测出可靠的数据。五、实验报告及要求1、按照原始数据求出k值。2、分析影响测试结果的因素 。实验二 二氧化碳临界态观测及PVT关系测定一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法,增加对临界状态的概念的感性认识。2、加深对课堂所讲的工质状态,凝结,汽化,饱和状态等基本概念的理解。3、掌握CO2的p-v-l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-l关系，在p-v-l坐标系中绘出低于临界温度（t=20）临界温度(t=31.1 )和高于临界温度(t=50)的三条等温曲线,并于标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。2、观测CO2在低于临界温度时（t=25，27）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的t-p曲线相比较。3、观测临界状态临界状态附近汽液两相模糊的现象汽液整体相变现象观测CO2的t，p，v等临界参数，并将实验所地的v 值与理想气体状态方程和繁德瓦尔方程的理论值相比较，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、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一）。试验台本体如图二所示。其中1-高压容器；2-玻璃杯；3-压力油；4-水银；5-密封填料；6-填料水套；7-恒温水套；8-承压玻璃管；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：E（p，v，t）=0或 t=f（p，v）本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v之间的关系，从而找出CO2的p-v-t关系。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，迫使水银进入预先装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，又装在压力台上的压力表读出（如果提高精度，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均匀、截面不变等条件换算出。四、实验步骤1、按图一装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯。2、恒温器准备及温度调节。将蒸馏水注入恒温器内，注至离盖3050mm，检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。旋转点接点温度计顶端的帽形磁铁，跳动凸轮示标，使凸轮上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。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恒温。观察玻璃水套上的温度计，若其读书与恒温器的温度计及电接点温度计所标定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所标定的温度。当需要改变试验温度时，重复即可3、加压前的准备因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数，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：关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。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、做好实验的原始记录设备数据记录：仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度。常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。测定承压玻璃管内的CO2的质面比常数K值。由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）有不易测准，因而实验中采用间接办法来CO2的容积，认为CO2的比容v与其高度是一种线性关系，具体方法如下：a）已知CO2液体在20，9.8MPa时的比容v（20，9.8MPa）=0.00117m/kgb）实际测定试验台在20，9.8MPa时的CO2液柱高度h（m）（注意玻璃水套上刻度的标记方法）。c）v（20，9.8MPa）= =0.00117 m h0=-=k（kg/ ） A 0.00117 K 即为玻璃管内CO2面比常数所以，任意温度，压力下CO2的比容为： h h V= （m /kg） m A k其中，h=h-h0 h温度，压力下水银柱高度 h0承压玻璃管内径顶端刻度5、测定低于临界温度t=20时的定温线将恒温器调定t=20，并保持恒温压力从4.41MPa开始，当玻璃管内水银升起来后，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。按照适当的压力间隔取h值，直至压力p=908MPa。注意加压CO2的变化，特别是注意饱和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添入表1。测定t=25，t=27时其饱和温度和饱和压力的对应关系。测定临界等温线临界参数，并观察临界现象