二氧化碳?xì)怏wP

二氧化碳?xì)怏wP-V-T關(guān)系的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈉o2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)。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。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)。二、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)測(cè)定CO2氣體基本狀態(tài)參數(shù)P-V-T之間的關(guān)系，在P—V圖上繪制出t為20°C、31.1°C、40C三條等溫曲線。觀察飽和狀態(tài)，找出t為20C時(shí)，飽和液體的比容與飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。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)。根據(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。三、 實(shí)驗(yàn)原理1、 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、u、T之間有：F（p、u、t）=0或t=f（p、u） （1）本試驗(yàn)采用定溫方法來測(cè)定CO2P-u之間的關(guān)系，從而找出CO2的P-u-t的關(guān)系。2、 測(cè)定CO2的P-u-t關(guān)系。在P-u坐標(biāo)圖中繪出低于臨界溫度（t=20°C）、臨界溫度（t=31.1°C）和高于臨界溫度（t=50°C）的三條等溫曲線,與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線及理論計(jì)算值相比較，并分析差異原因。3、 觀測(cè)臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊的現(xiàn)象、汽液整體相變現(xiàn)象。4、 測(cè)定CO的t、p、等臨界參數(shù)并將實(shí)驗(yàn)所得值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方2 e e e程的理論值相比較。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓力臺(tái)、恒溫器和實(shí)驗(yàn)本體及其防罩三大部分組成，如圖2所示。圖2CO2實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)示意圖①恒溫器2②試驗(yàn)臺(tái)本體 ③壓力臺(tái)2、試驗(yàn)臺(tái)本體如圖三所示，其中1）、一—高壓容器；2）、一玻璃杯；3）、一——壓力油；4）、一水銀；5）、一密封填料；6）、一填料壓蓋；7）、—恒溫水套；8）、一承壓玻璃管;9）、—CO2空間；10）、-——溫度計(jì)。

實(shí)壓來油壓玻半使入了的璃被其容壓的進(jìn)、節(jié),恒給里來恒溫水溫度計(jì)8填料壓蓋5恒溫水壓力油承壓玻璃管749恒溫水管6密封填料2

玻麗高壓容器3實(shí)壓來油壓玻半使入了的璃被其容壓的進(jìn)、節(jié),恒給里來恒溫水溫度計(jì)8填料壓蓋5恒溫水壓力油承壓玻璃管749恒溫水管6密封填料2

玻麗高壓容器3、驗(yàn)中由力臺(tái)送的壓力進(jìn)入咼容器和璃杯上部，迫水銀進(jìn)預(yù)先裝CO氣體承壓玻管。CO2壓縮，2壓力和積通過力臺(tái)上活塞的退來調(diào)溫度由溫器供的水套的水溫調(diào)節(jié)。圖三試驗(yàn)臺(tái)本體4、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，溫度由插在恒溫水套中的溫度計(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。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、 實(shí)驗(yàn)過程的注意事項(xiàng)：做各條定溫時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力PVlOMPa,實(shí)驗(yàn)溫度tW50°C；實(shí)驗(yàn)中取h時(shí)，應(yīng)使視線與水銀柱凸面一齊；實(shí)驗(yàn)中加壓及減壓過程一定要緩慢均勻。2、 測(cè)定低于臨界溫度t=20C的等溫線使用電節(jié)點(diǎn)溫度計(jì)調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度t=20C要保持恒溫；壓力記錄從4MPa開始，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱水銀升起來后，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)；兩相區(qū)內(nèi)三毫米高度變化記錄一次壓力值，兩相區(qū)外，三個(gè)壓力變化記錄一次高度值；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(duì)應(yīng)關(guān)系，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)象一并填入表中。3、測(cè)定31.1°C臨界等溫線，觀察監(jiān)界現(xiàn)象重復(fù)2的步驟測(cè)出臨界等溫線，并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力p和臨界比容u，e e并將數(shù)據(jù)填入表中。(1)整體相變現(xiàn)象由于臨界點(diǎn)時(shí)，汽化潛熱等于零，飽和液線合于一點(diǎn)，所以這是汽液的相互轉(zhuǎn)變不像臨界溫度以下時(shí)逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為一個(gè)漸變的過程，而是當(dāng)壓力稍有變化時(shí)，汽、液以突變的形式相互轉(zhuǎn)化；(2)汽、液兩相模糊不清現(xiàn)象處于臨界點(diǎn)的匹，氣、液具有共同參數(shù)(P、u、T)因而不能區(qū)別此時(shí)CO2是氣態(tài)還是液態(tài)的。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)液體又是接近氣態(tài)的液體。下面就來用實(shí)驗(yàn)證明這個(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co2壓縮或膨脹，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7.8MPa附近突然降壓，CO2狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)co2出現(xiàn)了明顯的液面，這就說明，如果這時(shí)管內(nèi)的co2是氣體的話，那么這種氣體離液區(qū)很近可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突后壓縮co2時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了，這就告訴我們這時(shí)co2液體離氣區(qū)也是非常近的，可以說是接近氣態(tài)的液體，既然此時(shí)的co2既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以只能處于臨界點(diǎn)附近?？梢赃@樣說，臨界狀態(tài)飽和汽、液分不清。這就是臨界點(diǎn)附近汽液模糊不清的現(xiàn)象。4、重復(fù)2測(cè)定高于臨界溫度t=50C時(shí)的等溫線，將數(shù)據(jù)填入表中。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理CO2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：2因?yàn)槎趸荚?0C，100ata(102bar)Vco(20C，100ata)=時(shí),h因?yàn)槎趸荚?0C，100ata(102bar)Vco(20C，100ata)=時(shí),h0比容v兀xd4因?yàn)閔 0——0.00117K(常數(shù))則任意情況下二氧化碳的比容:TOC\o"1-5"\h\zh h\o"CurrentDocument"V= = -MA K所以，只要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得t=20°C,p=100ata時(shí)的h。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。 °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CO氣體P-V的關(guān)系圖。七、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、任?wù)及實(shí)驗(yàn)原理。記錄實(shí)驗(yàn)過程的原始數(shù)據(jù)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算整理并畫出二氧化碳P-V-1的關(guān)系圖。八、 思考題：為什么加壓時(shí)，要足夠緩慢地?fù)u動(dòng)活塞桿而使加壓足夠緩慢進(jìn)行？若不緩慢加壓,會(huì)出現(xiàn)什么問題？卸壓時(shí)為什么不能直接開啟油杯閥門。表3-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表t=20Ct=31?1°Ct=40C表壓p咼度h觀察現(xiàn)象表壓p咼度h觀察現(xiàn)象表壓p咼度觀h.觀察現(xiàn)象3035404550556065707580859099壓氣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)活塞式壓氣機(jī)是通用的機(jī)械設(shè)備之一，其工作原理是消耗機(jī)械能（或電能）而獲得壓縮氣體。壓氣機(jī)的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進(jìn)與否的重要參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)是利用微機(jī)對(duì)壓氣機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集，經(jīng)計(jì)算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機(jī)的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆罩甘竟?、壓縮指數(shù)和容積效率的基本測(cè)試方法；對(duì)使用微機(jī)采集、處理數(shù)據(jù)的全過程和方法有所了解。二、實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)量系統(tǒng)本實(shí)驗(yàn)儀器裝置主要由：壓氣機(jī)、電動(dòng)機(jī)及測(cè)試系統(tǒng)所組成。測(cè)試系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、放大器、計(jì)算機(jī)及打印機(jī)，見圖5—1。壓氣機(jī)型號(hào)：Z—0.03/7汽缸直徑：D=50mm汽缸直徑：D=50mm連桿長(zhǎng)度：H=70mm,活塞行程：L=20mm轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分5算T顯示器機(jī)打印機(jī)1圖5算T顯示器機(jī)打印機(jī)1圖5—2封閉的示功圖圖5—3展開的示功圖壓代機(jī)壓力傳感器飛輪4Ti移傳懇器安全排放閥壓力表調(diào)節(jié)閥毎壓堰圖5—1壓氣機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試系統(tǒng)為了獲得反映壓氣機(jī)性能的示功圖，在壓氣機(jī)的汽缸頭上安裝了一個(gè)應(yīng)變式壓力傳感器，供實(shí)驗(yàn)時(shí)汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)橋式整流后,送至動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀放大。對(duì)應(yīng)著活塞上止點(diǎn)的位置，在飛輪外側(cè)粘貼著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞上止點(diǎn)的脈沖信號(hào)，作為控制采集壓力的起止信號(hào)，以達(dá)到壓力和曲柄傳角信號(hào)的同步。這二路信號(hào)經(jīng)放大器分別放大后，送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算處理便得到了壓氣機(jī)工作過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖5—2及圖5—3。

根據(jù)動(dòng)力學(xué)公式，活塞位移量X與曲柄轉(zhuǎn)角a有如下關(guān)系:(5—1)九(5—1)x=R(1-cosa)+—(1-cos2a)式中：A=R/LR 曲柄半徑；H——連桿長(zhǎng)度；a——曲柄轉(zhuǎn)角。三、實(shí)驗(yàn)原理指示功和指示功率指示功：活塞壓氣機(jī)進(jìn)行一個(gè)工作過程，活塞對(duì)氣體所作的功，記為L(zhǎng)i0顯然功量就是P—V圖上工作過程線所包圍的面積。其縱坐標(biāo)是以線段長(zhǎng)度表示的壓力值，而橫坐標(biāo)則表示活塞的位移量，經(jīng)測(cè)面儀測(cè)量和計(jì)算才能得到功的數(shù)值，即：(5—2)L=SXKXKX10-5 (kgf-m)(5—2)i 1 2式中：S 由測(cè)面儀測(cè)定的面積值(mm2)；￡ 單位長(zhǎng)度代表的容積(mm3/mm)；兀LD2k=i 4gb式中：L 活塞行程(mm)；gb——活塞行程的線段長(zhǎng)度(mm)；K2 單位長(zhǎng)度代表的壓力(at/mm);P-1—壬—fe式中：p——工作時(shí)的表壓力(at);fe——表壓力在縱坐標(biāo)圖上對(duì)應(yīng)的高度(mm);指示功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)活塞對(duì)氣體所作的功，記為叫。用下式表示：Ni=LiXn/102X60(KW) (5—3)式中：n 轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)平均多變壓縮指數(shù)壓氣機(jī)的實(shí)際壓縮過程介于定溫壓縮與定熵壓縮之間，過程指數(shù)在壓縮過程中不斷變化，根據(jù)壓氣機(jī)的理論軸功和氣體壓縮功的關(guān)系，可以求得平均的多變指數(shù)，記為(5-4)

在P-V示功圖上：即為壓縮過程線與縱坐標(biāo)圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標(biāo)圍成的面積之比。即：(5—5)容積效率（“）c根據(jù)熱力學(xué)定義:有效吸氣容積

工作容積(5—6)在P根據(jù)熱力學(xué)定義:有效吸氣容積

工作容積(5—6)在P—V示功圖上:即為有效吸氣線段長(zhǎng)度與活塞行程線段長(zhǎng)度之比。即:(5—7)耳 hb(5—7)cgb四、實(shí)驗(yàn)步驟接通所有測(cè)試儀器設(shè)備的電源。把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計(jì)算機(jī)。啟動(dòng)壓氣機(jī)，調(diào)好排氣量，待壓氣機(jī)工作穩(wěn)定后，計(jì)算機(jī)開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，得到了展開的和封閉的始功圖。用測(cè)面儀測(cè)量封閉示功圖的面積。分別測(cè)量壓縮過程線與橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)包圍的面積。用尺子量出有效吸氣線段hb的長(zhǎng)度和活塞行程線段處的長(zhǎng)度。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理。記錄計(jì)算機(jī)采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表5-1中。根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個(gè)面積值及壓力Pd值。計(jì)算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實(shí)際值（要求計(jì)算過程）。六、 思考題為什么壓縮過程的多變指數(shù)與膨脹過程的多變指數(shù)不相等？對(duì)于同一個(gè)過程（壓縮或膨脹過程）的不同區(qū)段，為什么多變指數(shù)也不一樣？當(dāng)壓氣機(jī)工作時(shí)，其壓縮指數(shù)變化范圍是多少？在什么情況下，壓氣機(jī)耗功最?。??分析