二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定

二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定

一、实验目的
1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
2、加深对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3、掌握CO2的P－V－t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。
二、实验内容
1、测定CO2的P－V－t关系。在P－V坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。
2、测定CO2在低于临界温度时（t=25℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts—s曲线比较。
3、观测临界状态。
（1）临界状态附近汽液两相模糊的现象。
（2）汽液整体相变现象。
（3）测定CO2的tc、c、vc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。
三、实验设备及原理
整个实验装置由压力计、恒温水槽和试验台本体及其防护罩等三大部分组成
对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数P、V、t之间有：
F=（P,V,t）=0
或        t=f（P,V）                （1）
本试验是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的P—V之间的关系，从而找出CO2的P－V－t关系。
实验中，由压力计送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入予先装了CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力和容积通过压力计上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。
实验工质二氧化碳的压力，由装在压力计上的压力表读出（如要提高精度，可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的热电偶测定。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出。
四、实验步骤
1、按图一装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯。
2、恒温器准备及温度调定。
（1）将蒸馏水注入恒温器内，注至离盖30～50㎜。检查并接通电路。开动电动泵，使水循环对流。
（2）视水温情况，开、关加热器，当水温未达到调定的温度时。恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需恒温。
（3）观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时（或基本一致）,则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于所标定的温度。
（4）当需要改变试验温度时，重复（2）～（4）即可。
3、加压前的准备。
因为压力计的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。压力计抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真掌握，其步骤如下：
（1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力计上油杯的进油阀。
（2）摇退压力计上的活塞螺杆,直至螺杆全部退出。这时，压力计油缸中抽满了油。
（3）先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。
（4）摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，直至压力表上有压力读数为止。
（5）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。
4、做好实验的原始记录
（1）设备数据记录
仪器、仪表名称、型号、规格、量程、精度。
（2）常规数据记录：
室温、大气压、实验环境情况等。
（3）测定承压玻璃管内CO2的质面比常数K值。
由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容V与其高度是一种线性关系。具有如下方法：
a）已知CO2液体在20℃，9.8 Mpa时的比容V（20℃，9.8 Mpa）=0.00117 m³/Kg
b）实际测定试验台在20℃，9.8 Mpa时的CO2液柱高度△ho(m)。（注意玻璃水套上刻度的标记方法）