二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系试验

1、实验十二氧化碳临界状态观测及 一，实验目的1. 了解C02临界状态的观测方法，增2. 加深对课堂所讲的工质的热力状3. 掌握C02的p-v-T的关系的测泄方 的方法和技巧.4. 学会活塞式压力计，恒温器等部分 二，实验内容1. 测龙C02的p-v-T关系.在p-v坐标 (t=C)和髙于临界温度(t=50C)的三 算值相比较，分析差异原因.2. 测定C02在低于临界温度时关系，并与图中绘岀的ts-ps曲线比3. 观测临界状态(1) 临界乳光.(2) 临界状态附近汽液两相模糊的现(3) 汽液整体相变现象(4) 测定C02的临界参数tc,pc,vc,并将 范徳瓦尔方程的理论值相比较，简述 三，实验设

2、备及原理1整个实验装置由压力台，恒温器和10-1所示.图10-1 CO2实验台系统图2. 实验台本体如图10-2所示，英中 银;5密封填料;6填料压盖;7恒 温度计.3. 对简单可压缩热力系统，当工质处F(p, v, T)=0p-v-T关系实验强对临界状态的感性认识.态，凝结，汽化，饱和状态等基本概念的理解.法,学会用实验测量气体状态及状态变化规律热工仪器的正确使用方法.图中绘岀低于临界温度(t=20C),临界温度条等温曲线,并与标准实验曲线及理论汁(t=20C和t=25C)饱和温度与饱和压力之间的对应 较.象.实验所得的vc值与理想气体状态方程和 其差异原因.实验台本体及其防护罩三大部分组成

3、，如图1高压容器;2玻璃杯;3Jk.力油;4水温水套;8承压玻璃管;9CO2空间;10于平衡状态时，其状态参数p,v,T有:方法来测立C02的p-v关系，从而找出C02的入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预被压缩，其压力和容积通过压台上的活塞杆的进，里的水温来调节.压力台上的压力表读出(如果提高精度可由加虑水银柱髙度的修正).温度由插在恒温水套中的管内二氧化碳柱的高度来度量，然后再根据承压玻算得出.本体上的日光灯.3-5cm为止，检查并接通电路，开动电动铁调动凸轮示标，使凸标上端而与所要确泄钉锁紧，以防转动.未达到要调定的温度时，恒温器指标灯是温度已达到所需恒温.读数相同且与恒温器上的温度

4、计及电接点致)则可(近似)认为承压玻璃管内C02的温度处-即可.或 t=f(p, v) (10-1)本实验就是根据式(10-i),采用定温p-v-T关系.4. 实验中由压力台送来的压力油进 先装了 C02气体的承压玻璃管.C02 退来调节，温度由恒温器供给的水套5. 实验工质二氧化碳的压力由装在在活塞转盘上的平衡磁码读岀，并考 温度汁读出比体积首先由承压玻璃 璃管内径均匀，截而积不变等条件换 四，实验步骤1按图装好实验设备，并开启实验台2. 使用恒温器调定温度(1)将蒸舗水注入恒温器内，注至离盖 泵，使水循环对流.旋转电接点温度讣顶端的帽形磁 的温度一致，要将帽形磁铁用横向螺(3) 视水温情况

5、，开关加热器，当水温 亮的，当指标灯时亮时暗闪动时，说明(4) 观察玻璃水套上两支温度汁，若其 温度il标左的温度一致时(或基本一 于所标建的温度.(5) 当需要改变试验温度时，重复3. 加压前的准备：因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充汕,才能在压力表上显示压力读数.压力台抽汕，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实验设备, 所以务必认真掌握其步骤如下：(1) 关闭压力表及进入本体油路的两 个阀门，开启压力台上油杯的进油阀.图10-2实验台本体(2) 摇退压力台上的活塞螺杆,直至螺 杆全部退出，这时压力台汕缸中抽满了油.先关闭油杯前期门

6、撚后开启压力 表和进入本体油路的两阀门.(4) 摇进活塞螺杆，经本体充油，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，即可进行实验.4.做实验的原始记录及注意事项(1) 设备数据记录：仪器:仪表的名称，型号，规格，星程，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CO2的质而比 常数K值.由于充进承压管内的CO2质虽不便 测量，而玻璃管内径或截面积A又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定 CO2的比体积，认为CO2比体积v与其高度是一种线性关系，具体如下：a) 已知CO2溶液在20C,1

7、0MPa时的 比体积 v(20C/10MPa)=kgb) 如前操作,实测本CO2在 20C/10MPa时的CO2液柱奇度h(m)(注意玻璃水套上刻度的标记方法).c) 由a)可知：T v(20C, 10 MPa)mhA=kgm/)/( 3mkgK hA故任意温度,压力下C02的比体积为)/(/3kgmKhAmh式中:Ohhh =h 任意温度,压力下的水银柱髙度hO 承压玻璃管内径顶端刻度(4)实验中应注意以下几点：a) 做各条左温线时，实验压力b) 般，取h时压力间隔可取但在接压力间隔应取为MPa.c) 在实验中读取水银柱液而高度的 中部相齐.5.测泄低于临界温度t=2OC时的左(2)将恒温器

8、调到t=2OC并保持恒温.(2) 压力记录从开始，当玻碣管内水银保证泄温条件，否则来不及平衡，读数(3) 按照适当的压力间隔取h值直至注意加压后,C02的变化，特別是注汽化等现象，要将测得的实验数据观p10MPa 实验温度 t50 (C).近饱的状态时和临界状态时，读数时要注意使视线与水银柱半圆型液而的温线升起来后，应缓慢地摇进活塞螺杆，不准.压力 p=10MPa.意饱和压力与饱和温度的对应关系，液化，察到的现象一并填入表1.(5)测定t=25C,t=27C下饱和温度与饱和压力的对应关系.仿照5的方法测出临界等温线，并 体积vc,将数据填入表1.（2）临界现象观察a）临界乳光现象保持临界温度不

9、变，摇进活塞杆使压 塞杆（注意勿使实验台本体晃动）降 的闪光现象,这就是临界乳光现象，这 均和光的散射所造成的，可以反复几b）整体相变现象由于在临界点时,汽化潜热为零，饱的 液的相互转变不是象临界温度以下 变化，汽，液即以突变的形式相互转c）汽,液两相模糊不淸现象处于临界点时C02是气态还是液态 于液态的气态;如果说它是液体，那么 验来证明这个结论.因为这时是处于 缩或膨胀,那么管内是什么也看不到 等于附近，突然降压,C02状态点由等 现了明显的液面，这就说明，如果这时 区很接近,可以说是接近液态的气体; 液而又立即消失了，这就告诉我们这 近气态的液体，即此时的C02既接近 说:临界状态下饱和

10、汽，液分不淸这6.测定临界等温线和临界参数，临界现象观察 在该曲线的零点处找出临界压力pc和临界比力升至附近处，然后突然摇退活压,在此瞬间玻璃管内将出现圆锥状的乳白色 是由于C02分子受重力场作用沿高度分布不 次，来观察这一现象.汽线和饱和液线合于一点，所以此时汽时那样表现为一个渐变的过程，而是当压力稍有 化.的如果说它是气体,那么这个气体是接近这个液体又是接近气态的液体下而就用实 临界温度下,如果按等温线过程进行来使C02压 的.现在我们按绝热过程来进行首先在压力温线沿绝热线降到液区，管内C02出管内的C02是气体的话，那么这种气体离液 当我们在膨胀之后，突然压缩C02时，这个时C02液体离

11、气区也是非常近的，可以说是接 气态又接近液态，处于临界点附近.可以这样 就是临界点附近饱和汽液模糊不淸的现象.7.测定高于临界温度t=50C时的等温线，要将数据填入表1.表1 C02等温实验原始记录t=20C t=C(临界)t=50C p(MPa) hKh二现象 p(MPa) hKh=现象 p(MPa) hKh二现象510做出齐条等温线所需时间分钟分钟分钟五,绘制等温曲线并比较1按表1的数据，仿照图10-3在P-V图上绘出三条等温线.示的标准等温线比较;并分析之间的差异及原因.力的对应值与图10-4绘出的ts-ps曲线相比较.论计算值一并填入表2并分析其间的差异及原因.2. 将实验测得的等温线与图10-3所3. 将实验测得的饱和温度与饱和压4. 将实验测定的临界比体积vc与理图