主頁(yè) > 技能大賽 > 二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書 2021-09-13

二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書

一、二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實(shí)驗(yàn)目的
1、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)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

實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體
三、二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力值，由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出。溫度由實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的溫度顯示表讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來(lái)測(cè)量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來(lái)?yè)Q算得出。
a）已知CO₂液體在20℃，9.8MPa時(shí)的比容

（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Δh₀（m）
c）∵

（20℃，9.8Mpa）=

∴

式中：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：Δh=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
四、實(shí)驗(yàn)步驟：
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，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，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。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。
2、把水注入恒溫器內(nèi)，至離蓋30～50mm。檢查并接通電路，啟動(dòng)水泵，調(diào)節(jié)溫度旋扭設(shè)置所要調(diào)定的溫度。
3、測(cè)定低于臨界溫度t=20℃時(shí)的等溫線。
（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(lái)后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證等溫條件。否則，將來(lái)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。將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象填入表1。
4、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p_c和臨界比容

_c，并將數(shù)據(jù)填入表1；
（2）、觀察臨界現(xiàn)象
a）整體相變現(xiàn)象：由于在臨界點(diǎn)時(shí)，汽化潛熱等于零，飽和汽線和飽和液線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)汽液的相互轉(zhuǎn)變不是象臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為漸變過(guò)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。
b）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(shuō)它是氣體，那么，這個(gè)氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說(shuō)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(lái)用實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)處于臨界溫度，如果按等溫線過(guò)程進(jìn)行，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(guò)程來(lái)進(jìn)行，首先在壓力等于7.64Mpa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)明顯的液面。這就是說(shuō)，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)很接近，可以說(shuō)是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿�，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液體離氣區(qū)也是非常接近的，可以說(shuō)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)，所以能處于臨界點(diǎn)附近�？梢赃@樣說(shuō)：臨界狀態(tài)究竟如何，就是飽和汽、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。
5、測(cè)定高于臨界溫度t=50℃時(shí)的等溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析
表1

t=20℃

t=31.1℃（臨界）

t=50℃

p
(Mpa)

Δh

v=
Δh/K

現(xiàn)象

p
(Mpa)

Δh

v=Δh/K

現(xiàn)象

p
(Mpa)

Δh

v=
Δh/K

現(xiàn)象

進(jìn)行等溫線實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間

分鐘

圖三標(biāo)準(zhǔn)曲線

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、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)值與書中的

曲線相比較。
4、將實(shí)驗(yàn)測(cè)定的臨界比容

_c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原因。
臨界比容V_c[m³/Kg] 表2

標(biāo)準(zhǔn)值	實(shí)驗(yàn)值	V_c=RT_c/P_c	V_c=3/8	RT/P_c
0.00216

說(shuō)明：電加熱水，水再通過(guò)夾套加熱玻璃管中的二氧化碳用儀表控制溫度！

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