主頁 > 技能大賽 > 二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實驗說明書 2021-09-13

二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實驗說明書

一、二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實驗目的
1、了解CO₂臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對臨界狀態(tài)概念的認(rèn)識；
2、增加對課堂所講的工質(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)系的測定方法，學(xué)會用實驗測定實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧；
4、學(xué)會活塞式壓力計、恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。
二、實驗設(shè)備
整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗臺本體及其防護(hù)罩等三大部分組成

實驗臺本體
三、二氧化碳P-V-T關(guān)系儀實驗原理
實驗工質(zhì)二氧化碳的壓力值，由裝在壓力臺上的壓力表讀出。溫度由實驗臺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測量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來換算得出。
a）已知CO₂液體在20℃，9.8MPa時的比容

（20℃，9.8Mpa）=0.00117m³·㎏
b）實際測定實驗臺在20℃，9.8Mpa時的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、實驗步驟：
1、關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個閥門，開啟壓力臺油杯上的進(jìn)油閥，搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。這時，壓力臺油缸中抽滿了油，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，啟動水泵，調(diào)節(jié)溫度旋扭設(shè)置所要調(diào)定的溫度。
3、測定低于臨界溫度t=20℃時的等溫線。
（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應(yīng)關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象填入表1。
4、測定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。
（1）按上述方法和步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界壓力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，所以這時汽液的相互轉(zhuǎn)變不是象臨界溫度以下時那樣逐漸積累，需要一定的時間，表現(xiàn)為漸變過程，而這時當(dāng)壓力稍有變化時，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：處于臨界點的CO₂具有共同參數(shù)（p,v,t），因而不能區(qū)別此時CO₂是氣態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這個氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那么，這個液體又是接近氣態(tài)的液體。下面就來用實驗證明這個結(jié)論。因為這時處于臨界溫度，如果按等溫線過程進(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，我們按絕熱過程來進(jìn)行，首先在壓力等于7.64Mpa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。這就是說，如果這時管內(nèi)的CO₂是氣體的話，那么，這種氣體離液區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們在膨脹之后，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，可以說是接近氣態(tài)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�？梢赃@樣說：臨界狀態(tài)究竟如何，就是飽和汽、液分不清。這就是臨界點附近，飽和汽、液模糊不清的現(xiàn)象。
5、測定高于臨界溫度t=50℃時的等溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表1。
五、實驗結(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)