二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及p-v-t關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、教學(xué)實(shí)驗(yàn) 2004二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及P-V-T關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書哈爾濱市鴻潤(rùn)教學(xué)試驗(yàn)設(shè)備廠電話：0451-二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及p-v-t關(guān)系測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2、增加對(duì)課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。3、掌握CO2的p-v-t關(guān)系的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。4、學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)，恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。二實(shí)驗(yàn)原理在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，氣體的絕對(duì)壓力P、比容V和絕對(duì)溫度T之間存在某種確定關(guān)系，即狀態(tài)方程 理想氣體的狀態(tài)方程具有最簡(jiǎn)單的形式：PV=RT實(shí)際氣

2、體的狀態(tài)方程比較復(fù)雜，目前尚不能將各種氣體的狀態(tài)方程用一個(gè)統(tǒng)一的形式表示出來，雖然已經(jīng)有了許多在某種條件下能較好反映P、V、T之間關(guān)系的實(shí)際氣體的狀態(tài)方程。因此，具體測(cè)定某種氣體的P、V、T關(guān)系，并將實(shí)測(cè)結(jié)果表示在坐標(biāo)圖上形成狀態(tài)圖，乃是一種重要而有效的研究氣體工質(zhì)熱力性質(zhì)的方法。在平面的狀態(tài)圖上只能表達(dá)兩個(gè)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，故具體測(cè)定時(shí)有必要保持某一個(gè)狀態(tài)參數(shù)為定值，本實(shí)驗(yàn)就是在保持絕對(duì)溫度T不變的條件下進(jìn)行的。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)定CO2的p-v-t關(guān)系。在p-v坐標(biāo)系中繪出低于臨界溫度（t=20）、臨界溫度（t=31.1）和高于臨界溫度（t=50）的三條等溫曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線及理論計(jì)

3、算值相比較，并分析其差異原因。2、測(cè)定CO2在低于臨界溫度（t=20、27）飽和溫度和飽和壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與圖四中的ts-ps曲線比較。3、觀測(cè)臨界狀態(tài)（1）臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。（2）氣液整體相變現(xiàn)象。（3）測(cè)定CO2的pc、vc、tc等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得的vc值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡(jiǎn)述其差異原因。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓力臺(tái)、恒溫器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩等三大部分組成（如圖一所示）。 圖一 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖 圖二 試驗(yàn)臺(tái)本體試驗(yàn)臺(tái)本體如圖二所示。其中1高壓容器；2玻璃杯；3壓力機(jī)；4水銀；5密封填料；6填料壓蓋；7恒溫水套；8承壓汞容器；9C

4、O2空間；10溫度計(jì)。、對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)p、v、t之間有： F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1）本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來測(cè)定CO2的p-v-t關(guān)系，從而找出CO2的p-v-t關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，由壓力臺(tái)送來的壓力由壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管，CO2被壓縮，其壓力和容器通過壓力臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力，由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出（如要提高精度，可由加在活塞轉(zhuǎn)盤上的平衡砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫

5、度計(jì)讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來測(cè)量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面不變等條件來?yè)Q算得出。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖一裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開啟實(shí)驗(yàn)本體上的日光燈。2、恒溫器準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié)：（1）、把水注入恒溫器內(nèi)，注至離蓋3050mm。檢查并接通電路，開動(dòng)電動(dòng)泵，使水循環(huán)對(duì)流。（2）、在溫度控制器AL808E的控制面板上通過上下鍵設(shè)定好實(shí)驗(yàn)用的溫度。（3）、此時(shí)控制面板上視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到要調(diào)定的溫度時(shí)，恒溫器指示燈是亮的，當(dāng)指示燈時(shí)亮?xí)r滅閃動(dòng)時(shí)，說明溫度已達(dá)到所需要恒溫。（4）、觀察玻璃水套上的溫度計(jì)，若其讀數(shù)與恒溫器上的溫度計(jì)及電接點(diǎn)溫度計(jì)標(biāo)定的溫度一致時(shí)（

6、或基本一致），則可（近似）認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度處于所標(biāo)定的溫度。（5）、當(dāng)所需要改變實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，重復(fù)（2）（4）即可。3、加壓前的準(zhǔn)備：因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量比容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會(huì)損壞試驗(yàn)設(shè)備。所以，務(wù)必認(rèn)真掌握，其步驟如下：（1）關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開啟壓力臺(tái)上油杯的進(jìn)油閥。（2）搖退壓力臺(tái)上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時(shí)，壓力臺(tái)油缸中抽滿了油。（3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門。（4）搖進(jìn)活塞螺桿，使本體充油。如此

7、交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。特別應(yīng)注意以下情況，如螺桿已推進(jìn)到極限位置，而壓力尚未達(dá)到所需值，必須再一次抽油加壓，此時(shí)要嚴(yán)格按以下程序操作，先關(guān)油路控制閥；再開油杯進(jìn)油閥，使壓力表壓力降至0；關(guān)壓力表控閥，倒退螺桿抽油至極限位置；然后關(guān)油杯進(jìn)油閥，開壓力表控制閥，推進(jìn)螺桿逐漸加壓直到剛才所建立的油壓時(shí)才能開油路控制閥（在此以前油路控制閥決不能開！），進(jìn)一步加壓。（5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4、作好實(shí)驗(yàn)的原始記錄：（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表名稱、型號(hào)、規(guī)格、量程、精度。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實(shí)驗(yàn)環(huán)境情況等。（3）

8、測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)CO2質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中采用間接辦法來確定CO2的比容，認(rèn)為CO2的比容V與其高度是一種線性關(guān)系。具體方法如下：a）已知CO2液體在20，9.8MPa時(shí)的比容V（20，9.8Mpa）=0.00117M3。b）實(shí)際測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)在20，9.8Mpa時(shí)的CO2液柱高度h0（m）。（注意玻璃管水套上刻度的標(biāo)記方法）c）V（20，9.8Mpa）= 其中：K即為玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)。所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為： （m3/kg） 式中，h=h-h0 h任意溫度、壓力下水銀柱高度。 h0承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。5、測(cè)定低于臨界溫度t=2

9、0時(shí)的定溫線。（1）將恒溫器調(diào)定在t=20，并保持恒溫。（2）壓力從4.41Mpa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱升起來后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證定溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值，直至壓力p=9.8MPa。（4）注意加壓后CO2的變化，特別是注意飽和壓力和飽和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表1。（5）測(cè)定t=25、27時(shí)其飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。6、測(cè)定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。（1）按上述方法和步驟測(cè)出臨界等溫線，并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力pc和臨界比容vc，并將數(shù)據(jù)填入表1。（2）觀察臨界現(xiàn)

10、象。臨界溫度指氣體能通過加壓壓縮成液態(tài)的最高溫度，當(dāng)溫度高于臨界溫度時(shí)，無論加多大的壓力也不能使氣體液化。理論上CO2的臨界溫度是31.1，故實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度在此附近時(shí)，通過不斷地加壓能看到某一壓力（理論上是7.52MPa，實(shí)驗(yàn)誤差等影響可能是在其附近）看到水銀柱上面出現(xiàn)少許白霧（液化）隨后加壓白霧消失，無論再怎么加壓也不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象。當(dāng)實(shí)驗(yàn)溫度低于31.1時(shí)，一直加壓會(huì)出現(xiàn)少許液體，這是氣液共存現(xiàn)象。當(dāng)溫度高于31.1時(shí)，無論怎么加壓也不會(huì)出現(xiàn)液化現(xiàn)象，當(dāng)然如果此時(shí)忽然卸壓會(huì)出現(xiàn)少許液化，這是因?yàn)橥蝗唤祲?，絕熱降溫造成的。7、測(cè)定高于臨界溫度t=50時(shí)的定溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1。六、注意事

11、項(xiàng)1.除t=20時(shí)，須加壓到絕對(duì)壓力10MPa（表壓9.9MPa）外，其余各等溫線均在59MP間測(cè)出h值，表壓不得超過10MPa，溫度不應(yīng)超過60。2一般壓力間隔可取0.20.5，接近飽和狀態(tài)和臨界狀態(tài)時(shí)壓力間隔適當(dāng)取小些。3加壓過程應(yīng)足夠緩慢以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過程，卸壓時(shí)應(yīng)逐漸旋轉(zhuǎn)壓力泵手柄，決不可直接打開油杯閥卸壓！4實(shí)驗(yàn)完畢將儀器設(shè)備擦凈。將原始記錄交指導(dǎo)教師簽字后方可離開實(shí)驗(yàn)室。5遇到疑難或異常情況應(yīng)及時(shí)詢問指導(dǎo)教師，不得擅自違章處理。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析1、按表1的數(shù)據(jù)，如圖三在p-v坐標(biāo)系中畫出三條等溫線。2、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線與圖三所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較，并分析它們之間的差異及原因。3

12、、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度與壓力的對(duì)應(yīng)值與圖四給出的ts-ps曲線相比較。CO2等溫實(shí)驗(yàn)原始記錄 表1t=20t=31.1（臨界）t=50p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象p(Mpa)hv=h/K現(xiàn)象進(jìn)行等溫線實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間 分鐘分鐘分鐘 圖三 標(biāo)準(zhǔn)曲線 圖 四 ts-ps曲線4、將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界比容Vc與理論計(jì)算值一并填入表2，并分析它們之間的差異及其產(chǎn)生誤差的原因。臨界比容Vcm3/Kg 表2標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)驗(yàn)值Vc=RTc/PcVc=3/8RT/Pc0.00216AL808E/L/R/0/0/QS智能型數(shù)字調(diào)節(jié)器設(shè)置：一、按下PAR鍵3秒鐘，進(jìn)入一級(jí)參數(shù)設(shè)定：序號(hào)參數(shù)代碼參數(shù)名稱

13、調(diào)整范圍說明1C F測(cè)量單位顯示C攝氏度2prog曲線程序控制IdIE不設(shè)置3SP基本設(shè)定值（量程）SP LSP H在二級(jí)設(shè)定中設(shè)定4tunePID自整定OFFon選擇on啟動(dòng)自整定5AL1第一報(bào)警值根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的t情況在二級(jí)設(shè)定中設(shè)定ON后，設(shè)成 t+1 度6AL2第二報(bào)警值在二級(jí)設(shè)定中設(shè)定OFF后，AL2不出現(xiàn)。7Hys1不設(shè)置(不出現(xiàn))8Hys1不設(shè)置(不出現(xiàn))9prop加熱比例帶因設(shè)置自整定，該項(xiàng)不設(shè)，可自動(dòng)進(jìn)行。10Int.t積分時(shí)間因設(shè)置自整定，該項(xiàng)不設(shè)，可自動(dòng)進(jìn)行。11DEr.t微分時(shí)間因設(shè)置自整定，該項(xiàng)不設(shè)，可自動(dòng)進(jìn)行。12rELc冷卻比例帶該項(xiàng)不設(shè)定。13Hc.t加熱動(dòng)作周期

14、0.1240.0設(shè)成1或2秒（SSR模塊接法）14cc.t該項(xiàng)不設(shè)定。15L cb該項(xiàng)不設(shè)定。16H cb該項(xiàng)不設(shè)定。17LOC組態(tài)密碼設(shè)成808，這時(shí)可以進(jìn)行二級(jí)設(shè)定，設(shè)成其他數(shù)字時(shí)，不能進(jìn)行二級(jí)參數(shù)設(shè)定二、按下PAR鍵及鍵3秒鐘以上，進(jìn)入一級(jí)參數(shù)設(shè)定：序號(hào)參數(shù)代碼參數(shù)名稱調(diào)整范圍說明1SP H設(shè)定值最大值-99.9 - 999.9設(shè)成400.0，對(duì)CO2也可設(shè)成100.02SP L設(shè)定值最小值-99.9 - 999.9設(shè)成0.0，對(duì)CO2也可設(shè)成10.03H PL最大輸出功率0.0100 最大輸出功率百分?jǐn)?shù)，設(shè)成1004snbP故障輸出功率0.0100故障輸出功率百分?jǐn)?shù)，設(shè)成0.05OFSt輸入誤差修正值-19.999.99根據(jù)情況，一般不設(shè)6CF測(cè)量單位C 攝氏度F 華氏度設(shè)成C7Sn傳感器輸入信號(hào)設(shè)成 .rtd (表示示用Pt100.1)8Addr本機(jī)通信地址不設(shè)9bAud通訊波特率不設(shè)（不改變）10Ctrl調(diào)節(jié)方式On、oF、pld設(shè)成pld，比例積分微分調(diào)節(jié) 11SPr r上電升溫速率0.01-99.99設(shè)成1212OP1 第一輸出（主輸出）Tp、0-20、4-20設(shè)成Tp 時(shí)間比例輸出13OP2第二輸出設(shè)成OFF，關(guān)閉該項(xiàng)14AL01第1報(bào)警輸出模式（AL1）HiAL設(shè)成HiAL超上限報(bào)警（這時(shí)在一級(jí)設(shè)置時(shí)，AL1會(huì)出現(xiàn)，可設(shè)成 t+1 度或其他值。當(dāng)時(shí)級(jí)溫度值大于