二氧化碳臨界點態(tài)觀測及p-υ-t關(guān)系測試指導(dǎo)書

1、.二氧化碳臨界點態(tài)觀測及p-t關(guān)系測試實驗指導(dǎo)書一、實驗?zāi)康?.了解CO2臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識。2.加深對課堂所講的工質(zhì)的熱力狀態(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)系的測定方法。4.學(xué)會活塞式壓力計、恒溫器等部分熱工儀器的正確使用方法。二、實驗設(shè)備及原理1.整個實驗裝備由壓力臺，恒溫器和試驗本體及其防護(hù)罩三大部分組成，如圖2.1所示。 圖2.1 實驗裝置2.試驗臺本體如圖2.2所示。其中： 1高壓容器； 2玻璃杯； 3壓力油； 4水銀； 5密封填料； 6填料壓蓋； 7恒溫水套； 8承壓玻璃管；9CO2空間； 10溫度計。 圖2.2

2、試驗臺本體結(jié)構(gòu)3.對簡單可壓熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)p、t之間有：F（p，t）=0或 t = f（p，） (1)本試驗就是根據(jù)(1)，采用定溫方法來測定CO2 p-之間的關(guān)系。從而找出CO2的p-t關(guān)系。4.實驗中由壓力臺送來的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力臺上的活塞螺桿的進(jìn)，退調(diào)節(jié)，溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。5.實驗工質(zhì)二氧化碳的壓力由裝壓力臺的壓力表讀出（如要提高精度可由加在活塞轉(zhuǎn)盤上的砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)的二氧

3、化碳柱的高度來度量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面積不變等條件換算得出。三、實驗步驟1.按圖2.1裝好設(shè)備，檢查系統(tǒng)。2.使用恒溫器調(diào)定溫度（1）將蒸餾水注入恒溫器內(nèi)，注至30-50mm為止。檢查并接通電路，開啟電動泵，使水循環(huán)對流。（2）旋轉(zhuǎn)電接點溫度計頂端的帽形磁鐵調(diào)動凸輪示標(biāo)使凸上端面與所要調(diào)定的溫度一致，要將帽形磁鐵用橫向螺釘鎖緊，以防轉(zhuǎn)動。（3）視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到調(diào)定的溫度時，恒溫器指示燈是亮的，當(dāng)指示燈時亮?xí)r滅閃動時，說明溫度已達(dá)到所需恒溫。（4）觀察玻璃水套上兩支溫度計，若其讀數(shù)相同且與恒溫器上的溫度計及電接點溫度計標(biāo)定的溫度一致時（或基本一致）則可（近似

4、）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)需要改變試驗溫度時重復(fù)（2）（4）即可。3.加壓前的準(zhǔn)備因為壓力臺的油缸容量比主容器容量小，需要多次從油缸里抽油，再向主容器內(nèi)充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力臺抽油、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損壞試驗設(shè)備，所以務(wù)必認(rèn)真掌握，其步驟如下：（1）關(guān)閉壓力表及其入本體油路的兩個閥門，開啟壓力臺上油杯的進(jìn)油閥。（2）搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至全部退出，這時壓力臺油缸中抽滿了油。（3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個閥門。（4）搖進(jìn)活塞螺桿，經(jīng)本體充油，如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。（5

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，若均已穩(wěn)定即進(jìn)行實驗。4.做好實驗的原始記錄及注意事項（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表的名稱、型號、規(guī)格、量程、精度。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實驗環(huán)境情況等。（3）定承壓玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)k值。由于沖進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)的CO2質(zhì)量不便測量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測準(zhǔn)，因而實驗中采用間接辦法來確定CO2的比容。認(rèn)為CO2的比容與其高度是一種線性關(guān)系，具體如下：a) 已知CO2的基本參數(shù)溫 度飽和壓力，MPa9.8MPa的比容，m/kg備 注200.00117252731.17.39臨界點b）如前操作實地測出本試驗臺C

6、O2在20，9.8MPa時的CO2液柱高度 h*（m）（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）c）由a）可知 （20，9.8Mpa）=h*A/m=0.00117 m/kgm/A=h*/0.00117=k（kg/m）那么任意溫度、壓力下CO2的比容為=h/（m/A）=h/k（m/kg）式中，h = h - h0h任意溫度、壓力下水銀液柱高度h0承壓玻璃內(nèi)徑頂端刻度（4）試驗中應(yīng)注意以下幾點：a) 作各條定溫線時，實驗壓力p9.8MPa ，實驗溫度t50b）一般取h時壓力間隔可取0.1960.490MPa，但在接近飽和狀態(tài)和臨界狀態(tài)時，壓力間隔取0.049MPa。c) 實驗中取h 時水銀柱液面高度的讀數(shù)要

7、注意，應(yīng)使視線與水銀柱半圓型液面的中間一齊。5.測定低于臨界溫度t=20時的定溫線（1）使用恒溫器調(diào)定t=20并要保持恒溫。（2）壓力記錄從4.41MPa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀升起來后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證定溫條件，否則來不及平衡，讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值至壓力p=9.8MPa（4）注意加壓后，CO2的變化，特別是注意飽和壓力與飽和溫度的對應(yīng)關(guān)系，液化，汽化等現(xiàn)象，要將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表1。（5）測定t=25，t=27其飽和溫度與飽和壓力的對應(yīng)關(guān)系。6測定臨界等溫線和臨界參數(shù)，臨界現(xiàn)象觀察。（1）仿照5，測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界壓

8、力Pc和臨界比容c并將數(shù)據(jù)填入表2.1。（2）臨界現(xiàn)象觀察a) 整體相變現(xiàn)象由于在臨界點時，汽化潛熱等于零，飽和汽線和飽和液線合于一點，所以這時汽液的互相轉(zhuǎn)變不是像臨界溫度以下時那樣逐漸積累，需要一定時間，表現(xiàn)為一個漸變的過程，而這時當(dāng)壓力稍在變化時，汽、液是以突變的形式互相轉(zhuǎn)化。b) 汽、液兩相模糊不清現(xiàn)象處于臨界點時，不能區(qū)別CO2是氣態(tài)還是液態(tài)。如果按等溫過程使CO2壓縮或膨脹，那么管內(nèi)什么也看不到。現(xiàn)在我們按絕熱過程來進(jìn)行，首先在壓力等于7.39MPa附近，突然降壓，CO2狀態(tài)點由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)明顯的液面，這就說明，如果這時管內(nèi)CO2是氣體的話，那么這種氣體離液

9、區(qū)很接近，可以說是接近液體的氣體；在膨脹之后，突然壓縮CO2時，這個液面又立即消失了，這就告訴我們這時CO2液體離氣區(qū)也是非常接近的可以說是接近氣體的液體，既然此時的CO2既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以能處于臨界點附近。可以這樣說：臨界狀態(tài)究竟如何，飽和汽液分不清。這就是臨界點附近飽和汽液模糊不清現(xiàn)象。7.測定高于臨界溫度t=50時的等溫線，要將數(shù)據(jù)填入表1。表2.1 CO2等溫實驗原始記錄 P(MPa)h=h/K現(xiàn)象P(MPa)h=h/K現(xiàn)象P(MPa)h=h/k現(xiàn)象4.414.909.80進(jìn)行等溫線實驗所需時間分鐘分鐘分鐘注意：1.間隔0.5MPa紀(jì)錄1次，快出現(xiàn)液體時間隔0.2MPa紀(jì)錄1次。 2.溫度以玻璃管內(nèi)為準(zhǔn)。四、繪制等溫曲線與比較1.按表2.1的數(shù)據(jù)仿圖2.3繪出p v圖上3條等溫線。圖2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線2.將實驗測得的等溫線與圖2.3所示的標(biāo)準(zhǔn)等溫線比較；并分析其中的差異及原因。3.將實驗測得的飽和溫度與飽和壓力的對應(yīng)值與圖2.4繪出的tsps曲線相比較。圖2.4 CO2飽和溫度與飽和壓力關(guān)系曲線4.將實驗測得的臨界比容與理論計算值一并填入表2，并分析其中差異及原因。表2.2 臨界比容(m3/kg) 標(biāo)準(zhǔn)值實驗值 0