二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定.doc

教学实验 2005 二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系 测定实验 指导书 哈尔滨努谢尔特教学实验设备有限公司 电话：0451 一、实验目的 1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。 2、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。 3、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。 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-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃或27℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）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。 2、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts-ps曲线比较。 3、观测临界状态 （1）临界状态附近气液两相模糊的现象。 （2）气液整体相变现象。 （3）测定CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范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 实验装置由压力计；制冷压缩机组及加热控制恒温水浴；储容器管、实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。 图一 试验台设备系统原理图 图二 试验台本体结构简图 试验台本体如图二所示。其中：高压储容器管内充CO2；不锈钢杯盛满水银；压力油用来传递由压力机施加的压力；水银是用来把压力传递给储容器管内CO2，并起到封闭CO2不外泄的作用；密封填料起到组合件之间压力封闭作用；填料压盖起密封紧固作用；恒温水套用来给CO2恒温；温度传感器用来控制恒温水套中的水温。 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： F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1） 本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t参数，从而找出CO2的p-v-t之间关系。 实验中，压力计油缸送来的压力，由压力油传入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力大小通过压力计上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温水浴供给的水套内的水温来调节。恒温水浴由制冷压缩机组成的恒定功率冷却系统、由PID调节的电加热器、循环水泵等组成。 实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力计上的标准压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度传感器及数显温度表读出。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径截面不变等条件来换算得出。 四、实验步骤 1、按图一装好实验设备，并开启总电源，实验本体上的日光灯（目的是易于观察）点亮。 2、恒温水浴准备及温度调节： （1）、把水注入恒温器内，至离盖30～50mm。检查并接通电路，启动水泵，使水循环对流。 （2）、环境温度高于15℃时，启动压缩机给水浴制冷。 （3）、设置数字调节器，视水温、环境情况，调节设定温控表，把温度调节仪调节至所需温度。 （4）、观察温度，其读数的温度点温度设定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于设定的温度。 （5）、当所需要改变实验温度时，重复（2）～（4）即可。 3、加压前的准备： 因为压力计的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器管充油，才能在压力表显示压力读数。压力计抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但不能加上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真掌握，其步骤如下： （1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力计油杯上的进油阀。 （2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力计油缸中抽满了油。 （3）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。 （4）摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交替重复，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。若均已调定后，即可进行实验。 4、作好实验的原始记录： （1）设备数据记录： 仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。 （2）常规数据记录： 室温、大气压、实验环境等参数。 （3）测定承压玻璃管内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来确定CO2的比容，认为CO2的比容