工程热力学与传热学实验指导书

仅供个人参考仅供个人参考不得用于商业用途不得用于商业用途测定实验指导书一、实验目的了解CO2

临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse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。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。学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。二．实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度T之间存在某种确定关系，即状态方程:Fp,v,T0理想气体的状态方程具有最简单的形式：pvRT已经有了许多在某种条件下能较好反映T之间关系的实际气体的状态方程。因此，具体测定某种气体的T关系，并将实测结果表示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。值，本实验就是在保持绝对温度T不变的条件下进行的。三、实验内容测定CO2

的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度t=2℃、临界温度t=31.℃）和高于临界温度（t=35℃）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。观测临界状态临界状态附近气液两相模糊的现象。气液整体相变现象。测定COp、vt等临界参数，并将实验所得的v值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程2 c c c c的理论值相比教，简述其差异原因。四、实验设备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。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—承压汞容器；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、T之间有：Fp,v,T0或Tfp,v （1）本实验就是根据式1，采用定温方法来测定C2的p-v-T关系，从而找出C2的p-v-T关系。CO2气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。co2co2图一试验台系统图 图二试验台本体五、实验步骤按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯。恒温器准备及温度调节：把水注入恒温器内，注至离盖。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。在温度控制器AL808E的控制面板上通过上下键设定好实验用的温度。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。（或基本一致，则可（近似）认为承压玻璃管内的C2的温度处于所标定的温度。当所需要改变实验温度时，重复即可。加压前的准备：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。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。时要严格按以下程序操作，先关油路控制阀；再开油杯进油阀，使压力表压力降至0；关压力表控阀，倒时才能开油路控制阀（在此以前油路控制阀决不能开，进一步加压。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。作好实验的原始记录：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CO质量不便测量，而玻璃管内径或截面积又不易测准，因而实验中2采用间接办法来确定CO的比容，认为CO的比容V与其高度是一种线性关系。具体方法如下：2 2a）已知CO液体在20℃，9.8MPa时的比容V（20℃，9.8Mpa）=0.00117M3·㎏。2b）实际测定实验台在2℃，9.8Mpa时的COΔh（注意玻璃管水套上刻度的标记2 0方法）hAc）∵V（20℃，9.8Mpa）= 0 0.00117m3/kgm0∴m h0

K(kg/m2)A 0.00117其中：K——即为玻璃管内CO的质面比常数。2所以，任意温度、压力下CO的比容为：2h hV m/A K （m3/kg）式中，Δh=h-h0h——任意温度、压力下水银柱高度。h——承压玻璃管内径顶端刻度。0测定低于临界温度t=20℃时的定温线。将恒温器调定在t=20℃，并保持恒温。压力从4.41Mpa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=9.8MPa。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。测定临界参数，并观察临界现象。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p和临界比容v，并将c c数据填入表1。观察临界现象。临界温度指气体能通过加压压缩成液态的最高温度，当温度高于临界温度时，无论加多大的压力也不能使气体液化。理论上CO2

的临界温度是31.1℃，故实验时温度在此附近时，通过不断地加压能看到某一压力（理论上是7.52MPa，实验误差等影响可能是在其附近）看到水银柱上面出现少许白雾（液化）随后加压白雾消失，无论再怎么加压也不会出现液化现象。当实验温度低于31.1℃时，一直加压会出现少许液体，这是气液共存现象。当温度高于31.1压会出现少许液化，这是因为突然降压，绝热降温造成的。测定高于临界温度t=35℃时的定温线。将数据填入原始记录表六、注意事项除t=20℃时，须加压到绝对压力9.9MPa）外，其余各等温线均在5~9MP间测出h10MPa60℃。0.2～0.5MPa，接近饱和状态和临界状态时压力间隔适当取小些。卸压！实验完毕将仪器设备擦净。将原始记录交指导教师签字后方可离开实验室。七、实验结果处理和分析1的数据，如图三在p-v坐标系中画出三条等温线。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。COCO等温实验原始记录2t=20℃t=31.1℃（临界）表1t=35℃p(Mpa)Δhv=Δh/K现象p(Mpa)Δhv=Δh/K现象p(Mpa)Δhv=Δh/K现象临界比容v[m3/Kg]c2临界比容v[m3/Kg]c2标准值实验值v PcRT3 RTcv c8 Pccc0.00216图三 标准曲线实验二中温辐射时的物体黑度的测试指导书一、实验目的ε二、原理概述n个物体组成的辐射换热系统中，利用净辐射法可求物体i的纯换热量

net,iQnet,i

Qabs,i

Qe,i

nij1

J Aj j

dAj,i

Ei

Ai (1)式中：Q

——inet,i

——i面从其他表面的吸热量；abs,iQ ——ie,i

——i面的黑度；iX——j面对i面的角系数；J——j面有效的辐射力；j,iE——i面的黑体辐射力；bi

j——i面的吸收率；A——i面的面积。i i根据本实验的设备情况，可以认为：1、热源1、传导圆筒2为黑体。2、热源、传导圆筒2、待测物体（受体3表面上的温度均匀（图。223图1 辐射换热简图1—热源2—传导圆筒3—待测物体因此，公式（1）可写成：Q =(E AX +E AX )－ε E Anet,3

3 b1

1,3 b2 2

3b3 3因为

=A； =ε

又根据角系数的互换性AX =A

，则待测物体单位面积上的净1 3 3

3,2

1,2

2 2,3

3 3,2辐射换热量为：q=Q /A=ε (E X +E X E3 net,3 3 3 b,1 1,3 b,2 1,2 3b,3=ε (E X +E X －E ) （2）3 b,1 1,3 b,2 1,2 b,3由于受体3与环境主要以自然对流方式换热，则：q=h(t－t) （3）3 3 f式中：h——待测物体表面传热系数；t3

——待测物体（受体）温度；t——环境温度f由2）式得：h(t t ) 3 f

（4）3 E b1

1,3

E b2

E1,2 b3当热源1和传导圆筒2的表面温度一致时=E ，而且热源、传导圆筒2和待测物体3组成封b1 b2闭系统，则+X =11,3 1,24）式可写成：h(t t )ε 3 f

h(t t )3 f3 E Eb1

4 T1 3

) （5）σ式中 称为斯蒂芬——玻尔兹曼常数，其值为5.67×10-8w/m2k4。σb对不同待测物体（受体）a、b的黑度ε为：h (T T

h (T T )ε a 3a f ；

b 3b f a (T4 T 4

b (T4 T 4)设h ha

1a 3a，则：

1b 3b T

T4 T4a 3a f 1b 3b

（6）T T T4 T4b 3b f 1a 3ab

16）式可写成：bT T T 4 T 4 3a f 1b 3b

（7）a T T3b f三、实验装置

T 4 T 41a 3a实验装置简图如图2所示：图2 实验装置简图3、数显温度计4、接线柱5、导轨6、热源7、传导体8、受体9、导轨支架10、热源及中间体电压表11、接线柱12、调压旋钮13、测温接线柱（红为+）14、电源开关来切换。四、实验方法和步骤本实验仪器用比较法定性地测定物体的黑度，具体方法是通过对三组加热器电压的调整（传导体二组，使热源和传导体的测量点恒定在同一温度上，然后分别将“待测（受体为待测物体，具有原来的表面状态）（受体仍为待测物体，但表面薰黑）两种状态的受体在恒温条件下，测出受到辐射后的温度，就可按公式计算出待测物体的黑度。具体步骤如下：1、热源腔体和受体腔体（使用具有原来表面状态的物体作为受体）靠紧传导体。250℃至150受热约40分钟左右，通过测温仪表测试热源、传导体的温度，并根据测得的温度微调相应的电压旋钮，使三点温度尽量一致。3、系统进入恒温后（℃3℃时，记下一组数据4、取下受体，换为黑体，然后重复以上实验，测得第二组数据。将两组数据代入公式即可得出待测物体的黑度ε。受五、注意事项1、热源及传导的温度不可超过160℃。2六、试验所用计算公式根据（6）式本实验所用计算公式为： (

T )(T

T4） 受 b

受(T b

f)(f

源 04 T4）源 受

（8）式中：εb——黑体的黑度，该值可假设为1；ε受——待测物体（受体）的黑度；T源——受体为相对黑体时热源的绝对温度；T——受体为被测物体时的热源绝对温度源Tb——黑体的绝对温度；T受——待测物体（受体）的绝对温度。七、实验数据记录和处理1、实验数据（见下表）序号N热源序号N热源T传导T受体（紫铜光面）T备注0123仅供个人参考仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zu