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天 津 大 学
热工基础与应用实验报告
学校院系 :天津大学机械工程学院
指导教师 :
学生姓名 :
准考证号 :
实验3 二氧化碳气体P-V-T关系的测定
一、实验目的
1. 了解CO2临界状态的观测方法,增强对临界状态概念的感性认识。
2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识,加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。
3. 掌握CO2的P-V-T间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化,及经过临界状态时的气液突变现象,测定等温线和临界状态的参数。
二、实验任务
1.测定CO2气体基本状态参数P-V-T之间的关系,在P—V图上绘制出t为20℃、31.1
℃、40℃三条等温曲线。
2.观察饱和状态,找出t为20℃时,饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。
3.观察临界状态,在临界点附近出现气液分界模糊的现象,测定临界状态参数。
4.根据实验数据结果,画出实际气体P-V-t的关系图。
三、实验原理
1.水蒸气的基本感念
(1)蒸发、沸腾
汽化是物质由液相变成气相的现象。
蒸发是只在液体表面发生的缓慢的汽化现象。
沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象。
(2)凝结
物质由汽态转变为液态的过程。凝结的速度取决于空间蒸汽的压力。
(3)饱和状态
液相气相动态平衡状态
2.水蒸汽的发生过程
(1)饱和温度和饱和压力:
处于饱和状态的汽、液温度相同,称为饱和温度ts,蒸汽的压力称为饱和压力ps
ts上升 ps上升
ps上升 ts上升
Ps = f ( ts)
结论:一定的饱和温度对应于一定的饱和压力,反之也成立,即两者间存在单值关系。
3.水的定压加热过程
对水继续加热,水开始汽化,逐渐由饱和水转变成饱和水蒸气,如图1-1c所示,未汽化的部分仍保持为饱和水状态。汽化过程中饱和水与饱与水蒸气的温度和压力都保持不变,但两者混合物的容积增长很快,即混合物的折合比体积vx增加很快。当饱和水全部转变为饱和水蒸气时,即达到干饱和水蒸气状态,如图1-1d所示。因为饱和水定压汽化成为干饱和水蒸气的过程也是定温过程,故在p-v图及T-s图上汽化过程b-d都是一条水平线,如图1-2中过程b-d所示。
干饱和水蒸气继续加热,水蒸气的温度便升高到高于饱和温度的数值,这种水蒸气称为过热水蒸气。过热水蒸气的比体积比饱和水蒸气大,其状态如图1-1e所示。过热水蒸气的温度与同压力下的饱和温度之差称为水蒸气的过热度,即D=t-ts。
4. 水蒸汽定压生成过程中热量的计算
(1)水的定压预热阶段
液体热 ql = h′ - h 0 KJ/Kg
(2)饱和水的定压汽化阶段
气化潜热 r = h″ ﹣ h′ KJ/Kg
(3) 过热蒸汽阶段
过热热量 qsu=h-h’’
5. 不同压力下水蒸气的发生过程及P-V图和P-S图
连接临界点和不同压力下饱和水点的连线,为饱和液线,临界点与不同压力下饱和气点的连线,为饱和气线
分析水蒸气的相变图线可见,上、下界线表明了水汽化的始末界线,二者统称饱和曲线它把p-v和T-s图分为三个区域,即液态区(下界线左侧)、湿蒸汽区(饱和曲线内)、汽态区(上界线右侧)。此外,习惯上常把压力高于临界点的临界温度线作为“永久”气体与液体的分界线。所以,水蒸气的相变图线,可以总结为一点(临界点)、二线(上界线、下界线)、三区(液态区、湿蒸汽区、气态区)五态(和水状态、饱和水状态、湿饱和蒸汽状态、干饱和蒸汽状态、过热蒸汽。
水蒸气各个状态的计算公式
(一).水与水蒸汽表
水及水蒸汽的参数计算中不必求其绝对值,仅求其增量或减少量,故可规定一任意起点。国际水蒸汽会议规定,水的三相点即273.16K的液相水作为基准点,规定其热力学能及熵为0,即对于t0=ttp=273K、p0=ptp=611.7Pa的饱和水有:
(二). 温度为0.01oC、压力为P的过冷水
忽略水的压缩性,即比体积v不变,又温度不变,则:
uo=u0’=0, w=0 q=0so=so’=0, h0= uo+p0 v0=0
(三). 温度为t、压力为P的未饱和水
饱和水状态:
(四). 压力为P的干饱和蒸汽
(五). 压力为p的湿饱和蒸汽
(六). 压力为P的过热蒸汽
过热度:t – ts
6.理想气体状态方程:PVm = RT
实际气体:因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力,状态参数(压力、温度、比容)之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响,1873年范
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