實(shí)驗(yàn)3二氧化碳?xì)怏w修改稿

1、實(shí)驗(yàn)3 二氧化碳?xì)怏wP-V-T關(guān)系的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增強(qiáng)對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2. 鞏固課堂講授的實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的理論知識(shí)，加深對(duì)飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等基本概念的理解。3. 掌握CO2的P-V-T間關(guān)系測(cè)定方法。觀察二氧化碳?xì)怏w的液化過程的狀態(tài)變化，及經(jīng)過臨界狀態(tài)時(shí)的氣液突變現(xiàn)象，測(cè)定等溫線和臨界狀態(tài)的參數(shù)。1測(cè)定CO2氣體基本狀態(tài)參數(shù)P-V-T之間的關(guān)系，在PV圖上繪制出t為20、31.1、40三條等溫曲線。2觀察飽和狀態(tài)，找出t為20時(shí)，飽和液體的比容與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3觀察臨界狀態(tài)，在臨界點(diǎn)附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象，測(cè)定臨界狀態(tài)參數(shù)。4根

2、據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，畫出實(shí)際氣體P-V-t的關(guān)系圖。3、 實(shí)驗(yàn)原理水蒸汽的基本概念a、 汽化 是物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為汽化。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。1）蒸發(fā) 在液體表面進(jìn)行的緩慢的汽化現(xiàn)象稱為蒸發(fā)。它是液體表面附近動(dòng)能較大的分子克服周圍液體分子的引力而逸出液面的現(xiàn)象。蒸發(fā)可在任何溫度下發(fā)生，液體的溫度越高，蒸發(fā)表面積越大，液面上蒸汽的分子數(shù)量越少，氣流的流速越快時(shí)，蒸發(fā)就越快。2）沸騰 在液體內(nèi)部和表面同時(shí)進(jìn)行的劇烈的汽化現(xiàn)象，稱為沸騰。沸騰可以在敞開的容器中進(jìn)行，也可以在密閉的容器中進(jìn)行，工業(yè)上涉及的液體汽化大多都是沸騰，而且沸騰大多是在密閉的容器中進(jìn)行的。b、凝結(jié) 物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的

3、過程稱為凝結(jié)（液化）。凝結(jié)與汽化是物質(zhì)相態(tài)變化的兩種相反過程，實(shí)際上，在密閉容器內(nèi)進(jìn)行的汽化過程，總是伴隨著液化同時(shí)進(jìn)行的。c、汽化熱在一定的壓力下，每千克飽和水和水變成同溫度的干飽和蒸汽所吸收的熱量稱為該溫度下的汽化潛熱，簡(jiǎn)稱汽化熱，以表示，單位為kJ/kg。則： =h2-h1 式中 h1-飽和水的焓值，單位為，kJ/kg； h2-飽和蒸汽的焓值，單位為，kJ/kg。d、凝結(jié)熱每千克蒸汽轉(zhuǎn)變成同溫度的水所放出的熱量稱為凝結(jié)熱。凝結(jié)熱和汽化熱數(shù)值相等。物質(zhì)在不發(fā)生相態(tài)變化，只發(fā)生溫度變化時(shí)吸收或放出的熱量稱為顯熱。當(dāng)然，物質(zhì)在既有溫度變化又有相態(tài)變化時(shí)，顯熱和潛熱是同時(shí)存在的，二者之和稱為全熱

4、。 和分子間的相互作用力等因素。范德華實(shí)際氣體方程式 ： 1. 理想氣體狀態(tài)方程：PVm = RT實(shí)際氣體：因?yàn)闅怏w分子體積和分子之間存在相互的作用力，狀態(tài)參數(shù)（壓力、溫度、比容）之間的關(guān)系不再遵循理想氣體方程式了。考慮上述兩方面的影響，1873年范德瓦爾對(duì)理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行了修正，提出如下修正方程： （3-1）式中: a / v2是分子力的修正項(xiàng)；b是分子體積的修正項(xiàng)。修正方程也可寫成 : （3-2）它是V的三次方程。隨著P和T的不同，V可以有三種解：三個(gè)不等的實(shí)根；三個(gè)相等的實(shí)根；一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根。1869年安德魯用CO2做試驗(yàn)說明了這個(gè)現(xiàn)象，他在各種溫度下定溫壓縮CO2并測(cè)定p與v

5、，得到了PV圖上一些等溫線，如圖21所示。從圖中可見，當(dāng)t >31.1時(shí)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)p，可有一個(gè)v值，相應(yīng)于（1）方程具有一個(gè)實(shí)根、兩個(gè)虛根；當(dāng)t =31.1時(shí)，而p = pc時(shí)，使曲線出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)C即臨界點(diǎn)，相應(yīng)于方程解的三個(gè)相等的實(shí)根；當(dāng)t <31.1時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的等溫線中間有一段是水平線（氣體凝結(jié)過程），這段曲線與按方程式描出的曲線不能完全吻合。這表明范德瓦爾方程不夠完善之處，但是它反映了物質(zhì)汽液兩相的性質(zhì)和兩相轉(zhuǎn)變的連續(xù)性。2簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)參數(shù)壓力、溫度和比容之間有確定的關(guān)系，可表示為： F（P，V，T）= 0或 v= f(P,T)可見，保持任意一

6、個(gè)參數(shù)恒定，測(cè)出其余兩個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，就可以求出工質(zhì)狀態(tài)變化規(guī)律。如維持溫度不變，測(cè)定比容與壓力的對(duì)應(yīng)數(shù)值，就可以得到等溫線的數(shù)據(jù)。 圖3-1 二氧化碳的-t關(guān)系3.水蒸氣的基本感念（1)蒸發(fā)、沸騰汽化是物質(zhì)由液相變成氣相的現(xiàn)象。蒸發(fā)是只在液體表面發(fā)生的緩慢的汽化現(xiàn)象。沸騰是在液體表面和內(nèi)部同時(shí)發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象。（2） 凝結(jié) 物質(zhì)由汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。凝結(jié)的速度取決于空間蒸汽的壓力。（3） 飽和狀態(tài) 液相氣相動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài). 水蒸氣的定壓發(fā)生過程； a. 一個(gè)壓力下的水蒸氣發(fā)生過程； b. 不同壓力下的水蒸汽發(fā)生過程； c. 水蒸汽狀態(tài)圖標(biāo)的應(yīng)用；4.水蒸汽的發(fā)生過程（1）飽和溫度和飽和

7、壓力： 處于飽和狀態(tài)的汽、液溫度相同，稱為飽和溫度ts，蒸汽的壓力稱為飽和壓力ps ts上升， ps上升； ps上升， ts上升。結(jié)論：一定的飽和溫度對(duì)應(yīng)于一定的飽和壓力，反之也成立，即兩者間存在單值關(guān)系。5.水的定壓加熱過程6. 水蒸汽定壓生成過程中熱量的計(jì)算 水的定壓預(yù)熱階段 液體熱 汽化潛熱 過熱熱量 未飽和水狀態(tài)：液態(tài)水溫度未達(dá)到沸點(diǎn)，加熱時(shí)溫度持續(xù)增加飽和水狀態(tài)：水依然為液態(tài)，但溫度達(dá)到沸點(diǎn)，繼續(xù)加熱溫度不再增加，而是變?yōu)闅鈶B(tài)濕飽和蒸汽狀態(tài)：水持續(xù)變?yōu)檎羝?，氣液共存，繼續(xù)加熱溫度不再增加干飽和蒸汽狀態(tài)：水完全變?yōu)闅鈶B(tài)過熱蒸氣狀態(tài)：水完全為氣態(tài)，加熱持續(xù)升溫7、 水蒸氣的p-v圖和T-

8、s圖8、1） 在P-V圖和T-S圖中，a點(diǎn)為未飽和水狀態(tài)，比體積為Vo,溫度為Ta,熵為So 。b點(diǎn)為飽和水狀態(tài)，比體積為 V溫度為Ts , 熵為S 。c 點(diǎn)為濕蒸汽某一個(gè)狀態(tài)，比體積為Vo，溫度為Ts，熵為So。d點(diǎn)為干飽和蒸汽狀態(tài)，比體積為V”，溫度為Ts ,熵為S”。e點(diǎn)為過熱蒸汽的某一狀態(tài)，比體積為V，溫度為T，熵為S 。 2）其中a b為未飽和水的定壓預(yù)熱階段；b - d為飽和水的定壓汽化階段；d - e為飽和水蒸汽的過熱階段。3）因生成水蒸汽的整個(gè)過程中壓力P不變，故壓力P在P-V圖上為一水平線。4）水蒸汽的整個(gè)過程分為三個(gè)階段（預(yù)熱階段、飽和水定壓汽化階段、干蒸汽飽和定壓過熱階段

9、），故溫度T在T-S圖上，先是從a - b 預(yù)熱階段逐漸上升，待到b - d 汽化階段時(shí)溫度不變，繼續(xù)加熱到d - e 過熱階段時(shí)溫度升高。7、水蒸汽在不同壓力生成過程在P-V圖和T-S圖表示 a、分析（圖6-1）： 當(dāng)壓力P < Pc 時(shí)，圖中1o11”1 、2o22”2、3o33”3、連成的水平直線為不同壓力下水蒸汽定壓發(fā)生的過程線。1o、2o、3o點(diǎn)為在不同壓力下to時(shí)的未飽和水狀態(tài)點(diǎn)；12、3點(diǎn)為不同壓力下的飽和水狀態(tài)點(diǎn)；1”、2”、3”為不同壓力下干飽和蒸汽狀態(tài)點(diǎn)；1、2、3點(diǎn)為不同壓力下過熱蒸汽狀態(tài)點(diǎn)。連接1o、2o、3o 三點(diǎn)連線，這條線為未飽和水線；連接1、2、3三點(diǎn)連線

10、AC線，這條線為飽和水線（或下界線）；連接1、2、3 三點(diǎn)連線CB線，這條線為干飽和蒸汽線（或上界線）當(dāng)壓力P=Pc時(shí)，此時(shí)處于臨界狀態(tài)，C點(diǎn)為臨界點(diǎn)。( 臨界點(diǎn)的各狀態(tài)參數(shù)稱為臨界參數(shù)，臨界壓力為Pc22.129MPa、臨界溫度tc374.15、臨界比熱容Vc0.003147m3kg )。當(dāng)壓力P>Pc時(shí)，在飽和水線AC線（下界線）和Tc-C線的左側(cè)，此時(shí)為未飽和水狀態(tài)；Tc-C線和Pc定壓線的右上側(cè)，此時(shí)為汽液共存狀態(tài)；Pc定壓線和干飽和蒸汽線CB線（上界線）的右側(cè)，此時(shí)處于過熱蒸汽狀態(tài)。 BABA （圖6-1） b、分析（圖6-2）可知： 當(dāng) 時(shí)： 一點(diǎn)：C點(diǎn)為臨界點(diǎn)。 兩線：飽和

11、液相線（A-C線）；干飽和汽相線（C-B線）。將p-v圖和T-S圖分為：         三區(qū)：未飽和液體區(qū)、飽和濕蒸汽區(qū)、過熱蒸汽區(qū)，分別是(圖6-2)中I、II、III所示。其中飽和液體線、干飽和蒸汽線和三相點(diǎn)定壓線圍成了飽和濕蒸汽區(qū)；飽和液體線、三相點(diǎn)定壓線和臨界點(diǎn)定溫線圍成了未飽和液體區(qū)；干飽和蒸汽線、臨界點(diǎn)定溫線靠右區(qū)域?yàn)檫^熱蒸汽區(qū)。需要注意的是：其他區(qū)域（藍(lán)色）為氣液不分的區(qū)域，即流體區(qū)域。 五態(tài)：未飽和液體、飽和液體、濕飽和蒸汽、干飽和蒸汽、過熱蒸汽。 8.干度指每千克濕蒸汽中含有干蒸汽的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，

12、而濕度是指每千克濕蒸汽中所含飽和水的質(zhì)量百分比。熱力學(xué)中干度的定義是：汽液共存物中，汽相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。常用X表示。濕蒸汽的干度和濕度都是大于0小于1的。由于在飽和水蒸汽區(qū)中的濕飽和蒸汽的溫度ts與壓力Ps具有一定的函數(shù)關(guān)系，所以兩者只能作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。要確定濕飽和蒸汽的狀態(tài)，還須另一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一般采用“干度”作為參數(shù)，但也可以是其他的狀態(tài)參數(shù)，如焓、熵、比體積中的任何一個(gè)。干度：是濕飽和蒸汽和蒸汽與飽和水的混合物，即： 式中 mv-濕蒸汽中的飽和蒸汽的質(zhì)量，單位為kg mw-濕蒸汽中的高河水的質(zhì)量，單位為kg。 對(duì)干度X的說明： x=0 為飽和液體；x=1 為干飽和蒸汽； 為濕飽和

13、蒸汽。在未飽和液體和過熱蒸汽區(qū)域，x無意義。由于濕飽和蒸汽實(shí)質(zhì)上是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，因此其熱力學(xué)能、焓、熵及容積可表示為： 引入干度的關(guān)系式，可得：干度的計(jì)算方法： 根據(jù)已知壓力和水蒸汽或溫度，查飽和水或飽和水蒸汽表，得到及等參數(shù)，將參數(shù)代入上面的公式計(jì)算，最終可得到濕蒸汽區(qū)的狀態(tài)參數(shù)。 將定壓線上所有開始汽化的各點(diǎn)連接起來，形成曲線BC，成為下界線，下界線上各點(diǎn)相應(yīng)于不同壓力下的飽和水，因此下界線又稱為飽和液體線。它同時(shí)又是X=0的定干度線。將定壓線上所有企劃完畢的各點(diǎn)連接起來，形成另一條曲線AC，稱為上界線，上界線各點(diǎn)相應(yīng)于不同壓力下的飽和水蒸氣，因此上界線又稱為飽和水蒸氣線。下

14、界線和上界線相交于臨界點(diǎn)C，這樣就形成了飽和曲線BCA所包圍的飽和區(qū)（或稱為濕蒸氣區(qū)）。超出飽和區(qū)的范圍便不再有定壓汽化過程。P-V圖上，影響V的主要是P和T，相對(duì)液態(tài)而言，T對(duì)V的影響比P的影響大，因而當(dāng)P增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和溫度增加，則飽和水的體積增大，對(duì)氣態(tài)而言，正好相反，因?yàn)椋S著P的增加，飽和蒸汽的比體積減小，當(dāng)P增加到一定值時(shí)，飽和水狀態(tài)與干飽和蒸汽狀態(tài)必然重合于一點(diǎn)。分析水蒸氣的相變圖線可見，時(shí)：上、下界線表明了水汽化的始末界線，二者統(tǒng)稱飽和曲線它把p-v和T-s圖分為三個(gè)區(qū)域，即液態(tài)區(qū)(下界線左側(cè))、濕蒸汽區(qū)(飽和曲線內(nèi))、汽態(tài)區(qū)(上界線右側(cè))。此外，習(xí)慣上常把壓力高于臨界點(diǎn)的臨

15、界溫度線作為“永久”氣體與液體的分界線。所以，水蒸氣的相變圖線，可以總結(jié)為一點(diǎn)(臨界點(diǎn))、二線(上界線、下界線)、三區(qū)(液態(tài)區(qū)、濕蒸汽區(qū)、氣態(tài)區(qū))五態(tài)(和水狀態(tài)、飽和水狀態(tài)、濕飽和蒸汽狀態(tài)、干飽和蒸汽狀態(tài)、過熱蒸汽2、水蒸氣的飽和狀態(tài) 飽和狀態(tài)飽和區(qū)內(nèi)，飽和水和飽和水蒸氣共存的平衡狀態(tài)。 在飽和狀態(tài)下，飽和水與飽和水蒸氣的平衡是動(dòng)態(tài)的平衡。 飽和溫度與飽和壓力之間有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。壓力越高，飽和溫度也越高。如，p0.0108kPa時(shí)，ts0；當(dāng)p101.325 kPa 時(shí)， ts100 。 ts和ps之間的關(guān)系，由實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式確定。 由于飽和區(qū)內(nèi)的濕飽和蒸汽的溫度ts與壓力ps具有一定的函數(shù)

16、關(guān)系，所以兩者只能作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù)。要確定濕飽和蒸汽的狀態(tài)，還須另一個(gè)獨(dú)立參數(shù)，一般采用“干度”作為參數(shù)，但也可以是其它的狀態(tài)參數(shù)，如焓、熵、比體積中的任何一個(gè)。干度x濕飽和蒸汽中干飽和蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由于濕飽和蒸汽實(shí)質(zhì)上是干飽和蒸汽與飽和水的混合物，因此其熱力學(xué)能、焓、熵及容積可表示為 引入干度的關(guān)系式，可得 即，如已知濕飽和蒸汽干度x，即可利用飽和水及干飽和蒸汽的狀態(tài)參數(shù)，求得濕飽和蒸汽的相應(yīng)狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值。 3CO2比容的確定實(shí)驗(yàn)中由于CO2的質(zhì)量m不便測(cè)定，承受玻璃的內(nèi)徑d也不易測(cè)準(zhǔn)，因而只能用間接方法確定V值：因?yàn)槎趸荚?0，100ata（102bar）時(shí)，比容即：vco2(20

17、，100ata)= 因?yàn)?(常數(shù))則任意情況下二氧化碳的比容： V為比容，m為質(zhì)量，A為液面面積， 所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得t=20, p=100ata時(shí)的h0值，計(jì)算出k值后，其它任意狀態(tài)下的比容V值均可求得。h一任意溫度，壓力下水銀往高度 mm,h0一承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度 mm。在低于臨界溫度時(shí)，實(shí)際氣體的等溫線有氣液相變的直線段，而理想氣體的等溫線是正雙曲線，任何時(shí)候也不會(huì)出現(xiàn)直線段。只有在臨界溫度以上，實(shí)際氣體的等溫線才逐漸接近理想氣體的等溫線。所以理想氣體的理論不能解釋實(shí)際氣體的氣液兩相轉(zhuǎn)變及臨界狀態(tài)。1） 臨界乳光現(xiàn)象將水溫加熱到臨界溫度（31.1）并保持溫度不變，搖進(jìn)壓力臺(tái)上的活

18、塞螺桿使壓力升至上7.8MPa附近出，然后搖退活塞螺桿（注意勿使實(shí)驗(yàn)本體晃動(dòng)）降壓，在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)園錐狀的乳白色的閃光現(xiàn)象，這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于二氧化碳分子受重力場(chǎng)作用沿高度分布不均和光的散射所造成的，可以反復(fù)幾次，來觀察這一現(xiàn)象。2）整體相變現(xiàn)象2）整體相變現(xiàn)象由于在臨界點(diǎn)時(shí)，氣化潛熱等于零，飽和氣相線和飽和液相線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)氣液的相互轉(zhuǎn)化不是像臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為一個(gè)漸變的過程，而這時(shí)當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，氣、液是以突變的形式互相轉(zhuǎn)化的。3）汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象處于臨界點(diǎn)的二氧化碳具有共同的參數(shù)，因而僅憑參數(shù)是不能區(qū)分此時(shí)二氧化碳是氣體還

19、是液體，如果說它是氣體，那么這個(gè)氣體是接近了液態(tài)的氣體，如果說它是液體，那么這個(gè)液體是接近了氣態(tài)的液體。下面就用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)是處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進(jìn)行來使二氧化碳?jí)嚎s或膨脹，那么管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在我們按絕熱過程來進(jìn)行。首先在壓力等于78at附近，突然降壓，二氧化碳狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液態(tài)區(qū)，管內(nèi)二氧化碳出現(xiàn)了明顯的液面，這就說明，如果這時(shí)管內(nèi)二氧化碳是氣體的話，那么這種氣體離液區(qū)很接近可以說是接近了液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮二氧化碳時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了，這就告訴我們，此時(shí)的二氧化碳液體離氣區(qū)也是非常近的，可以說是接近了氣態(tài)的液體。既然此

20、時(shí)的二氧化碳既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以，只能處于臨界點(diǎn)附近。可以說，臨界狀態(tài)究竟如何，是飽和汽、液分不清。這就是臨界點(diǎn)附近飽和汽液模糊不清的現(xiàn)象。2列數(shù)據(jù)表及繪制P-V圖。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算整理后，繪制出實(shí)際CO2氣體P-V的關(guān)系圖。 3. 也可以再加入目前高校研究、應(yīng)用二氧化碳的實(shí)際意義；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1所示）。 圖1. 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖圖2. 試驗(yàn)臺(tái)本體實(shí)驗(yàn)中，由壓力臺(tái)油缸送來的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝由高純度的CO2氣體的承壓玻璃管（毛細(xì)管），CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、退

21、來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫調(diào)節(jié)，水套的恒溫水由恒溫浴供給。CO2的壓力由裝在壓力臺(tái)上的精密壓力表讀出（注意：絕壓=表壓+大氣壓），溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出，比容由CO2柱的高度除以質(zhì)面比常數(shù)計(jì)算得到。試劑：高純度二氧化碳。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖1裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。2、恒溫器準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié)：（1）、把水注入恒溫器內(nèi)，至離蓋3050mm。檢查并接通電路，啟動(dòng)水泵，使水循環(huán)對(duì)流。（2）、把溫度調(diào)節(jié)儀波段開關(guān)撥向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)溫度旋扭設(shè)置所要調(diào)定的溫度，再將溫度調(diào)節(jié)儀波段開關(guān)撥向顯示。（3）、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

22、明溫度已達(dá)到所需要恒溫。（4）、觀察溫度，其讀數(shù)的溫度點(diǎn)溫度設(shè)定的溫度一致時(shí)（或基本一致），則可（近似）認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度處于設(shè)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，再向主容器管充油，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)油杯上的進(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

23、，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。如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。（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、測(cè)定承壓玻璃管（毛細(xì)管）內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)K值由于承壓玻璃管（毛細(xì)管）內(nèi)CO2質(zhì)量不便測(cè)量，承壓玻璃管（毛細(xì)管）內(nèi)徑或截面積（A）又不易測(cè)準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)采用間接辦法來確定CO2的比容。假定承壓玻璃管（毛細(xì)管）內(nèi)徑均勻一致，CO2的比容與其高度成正比。具體方法如下：（1）由文獻(xiàn)，純CO2液體在25，7.8MPa時(shí)的比容=0.00124m3/。（2）實(shí)際測(cè)定本裝置在25，7.8MPa（表壓大約為7

24、.7 MPa）時(shí)，CO2柱高度h0= h0- h（m）。式中，h0承壓玻璃管（毛細(xì)管）內(nèi)徑頂端的刻度，h 25，7.8MPa下水銀柱上端液面刻度。（3）如m：CO2質(zhì)量（kg），A：承壓玻璃管（毛細(xì)管）截面積（m2），h：測(cè)量溫度下水銀柱上端液面刻度（m），K：玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)（kg/m2），則25，7.8MPa下的比容：質(zhì)面比常數(shù) 所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為： 六、注意事項(xiàng)式中，h= h0-h h任意溫度、壓力下水銀柱高度。 5、測(cè)定低于臨界溫度t=25時(shí)的等溫線。（1）將恒溫器調(diào)定在t=25，并保持恒溫。（2）逐漸增加壓力，壓力在4.40Mpa左右（毛細(xì)管下部出現(xiàn)水銀液

25、面）開始讀取相應(yīng)水銀柱上液面刻度，記錄第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。讀取數(shù)據(jù)前，一定要有足夠的平衡時(shí)間，保證溫度、壓力和水銀柱高度恒定。（3）提高壓力約0.3MPa，達(dá)到平衡時(shí)，讀取相應(yīng)水銀柱上液面刻度，記錄第二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。注意加壓時(shí)，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞桿，以保證定溫條件，水銀柱高度應(yīng)穩(wěn)定在一定數(shù)值上，不發(fā)生波動(dòng)時(shí)再讀數(shù)。（4）提高壓力約0.3MPa左右，逐次提高壓力，測(cè)量第三、第四.數(shù)據(jù)點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)第一小滴CO2液體時(shí)，則適當(dāng)降低壓力，平衡一段時(shí)間，使CO2溫度和壓力恒定，以準(zhǔn)確讀出恰好出現(xiàn)第一小液滴時(shí)的壓力。（5）注意此階段，壓力改變后CO2狀態(tài)的變化，特別是測(cè)準(zhǔn)出現(xiàn)第一液滴時(shí)的壓力和相應(yīng)水銀柱高度以及最后

26、一個(gè)CO2小氣泡剛消失時(shí)的壓力和相應(yīng)的水銀柱高度。此兩點(diǎn)壓力應(yīng)接近相等，要交替進(jìn)行升壓和降壓操作，壓力按出現(xiàn)第一小液滴和最后一個(gè)氣泡消失的具體條件進(jìn)行調(diào)節(jié)。（6）當(dāng)CO2全部液化后，繼續(xù)按壓力間隔0.3MPa左右升壓，直到壓力達(dá)到8.0MPa為止。6、測(cè)定臨界等溫線和臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。（1）將恒溫水浴調(diào)至31.1，按上述方法和步驟測(cè)出臨界等溫線，注意在曲線的拐點(diǎn)（7.376MPa）附近，應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)壓力（調(diào)節(jié)間隔可在0.05MPa），較準(zhǔn)確地確定臨界壓力和臨界比容，較準(zhǔn)確地描繪出臨界等溫線上的拐點(diǎn)。（2）觀察臨界現(xiàn)象。1）臨界乳光現(xiàn)象 保持臨界溫度不變，搖進(jìn)活塞桿使壓力升至Pc附近處，然

27、后突然搖退活塞桿（注意，勿使試驗(yàn)臺(tái)本體晃動(dòng)）降壓，在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)圓錐形的乳白色的閃光現(xiàn)象，這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于CO2分子重力作用沿高度分布不均和光的散射所造成的?？梢苑磸?fù)幾次觀察這個(gè)現(xiàn)象。2）整體相變現(xiàn)象由于在臨界點(diǎn)時(shí)，汽化潛熱等于零，飽和蒸汽線和飽和液相線接近合于一點(diǎn)。這時(shí)汽液的相互轉(zhuǎn)變不是像臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為漸變過程；而這時(shí)當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，汽液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。3）汽液兩相模糊不清的現(xiàn)象處于臨界點(diǎn)的CO2具有共同參數(shù)（p,v,t），因而不能區(qū)別此時(shí)CO2是氣態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這個(gè)氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那

28、么，這個(gè)液體又是接近氣態(tài)的液體。處于臨界溫度附近，如果按等溫線過程，使CO2壓縮或膨脹，則管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在，按絕熱過程來進(jìn)行。先調(diào)節(jié)壓力等于7.4Mpa（臨界壓力）附近，突然降壓（由于壓力很快下降，毛細(xì)管內(nèi)的CO2未能與外界進(jìn)行充分的熱交換，其溫度下降），CO2狀態(tài)點(diǎn)不是沿等溫線，而是沿絕熱線降到二相區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)明顯的液面。這就是說，如果這時(shí)管內(nèi)的CO2是氣體的話，那么，這種氣體離液相區(qū)很接近，是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)膨脹之后，突然壓縮CO2時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了。這就告訴我們，這時(shí)CO2液體離汽相區(qū)也很接近，是接近氣態(tài)的液體。此時(shí)CO2既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以只能是處于臨界

29、點(diǎn)附近。臨界狀態(tài)的流體是一種汽液分不清的流體。這就是臨界點(diǎn)附近汽液模糊不清的現(xiàn)象。7、測(cè)定高于臨界溫度（t=40）時(shí)的定溫線。將恒溫水浴調(diào)至40，按上述方法和步驟測(cè)出臨界等溫線1. 恒溫水的溫度應(yīng)穩(wěn)定足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使毛細(xì)管內(nèi)外的溫度均衡后再開始測(cè)量數(shù)據(jù)。2. 增大油壓時(shí)，使毛細(xì)管內(nèi)水銀面緩緩上升，要保持緩慢壓縮。3. 維持溫度不變，調(diào)整若干次壓力，壓力間隔一般可取5bar左右，在接近飽和狀態(tài)或臨界狀態(tài)時(shí)應(yīng)取0.5bar。4. 除t=20時(shí)，須加壓至絕對(duì)壓力為102bar（100ata）外，其余各等溫線均在5090間測(cè)出h值，絕對(duì)不允許表壓超過102bar。5實(shí)驗(yàn)結(jié)束卸壓時(shí)，應(yīng)使壓力逐漸下降， 不得直接打開油杯閥門卸壓。 圖33 壓縮室本體示意圖 6實(shí)驗(yàn)完畢將儀器擦凈，恢復(fù)原狀。 1玻璃毛細(xì)管 2水銀室3壓力油室 4溫度計(jì) 5恒溫水套 蘇凈集團(tuán)攜手合肥工業(yè)大學(xué)研究應(yīng)用二氧化碳熱泵技術(shù)蘇凈集團(tuán)攜手合肥工業(yè)大學(xué)研究應(yīng)用二氧化碳熱泵技術(shù)          日前，蘇凈集團(tuán)博士后科研工作站舉行“二氧化碳熱泵熱水機(jī)組的研制及部件特性研究”開題報(bào)告會(huì)，該課題由蘇凈集團(tuán)與合肥工業(yè)大學(xué)聯(lián)合招收的