二氧化碳pvt關(guān)系-實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、 二氧化碳P-V-T關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 教師： 時(shí)間： 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程學(xué)院二零一六年目錄第一章 實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明1第一節(jié) 系統(tǒng)概述 1一、概述1二、裝置特點(diǎn)1第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)裝置介紹 1一、對(duì)象組成1二、控制系統(tǒng)1第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2第一節(jié) 二氧化碳P-V-T關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置 2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理2三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介2五、實(shí)驗(yàn)步驟4六、注意事項(xiàng)6七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理和分析7附圖8附圖一： 8附圖二： 9附表10附表一： 10附表二： 10第一章 實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明第一節(jié) 系統(tǒng)概述一、概述本裝置主要用于測(cè)定二氧化碳的P-V-T關(guān)系。觀察臨界現(xiàn)象，測(cè)定

2、其臨界參數(shù)P、V、T；測(cè)定二氧化碳在不同壓力下飽和蒸汽和飽和液體的比容；測(cè)定二氧化碳飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。可使學(xué)生增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)，加深對(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，掌握二氧化碳的P-V-T關(guān)系的測(cè)定方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法、技巧。二、裝置特點(diǎn)1. 實(shí)驗(yàn)裝置配置電鍍本體、玻璃阻容器管和有機(jī)玻璃水套、可制冷又能加熱的恒溫水箱、500mm長(zhǎng)節(jié)能燈和有機(jī)玻璃保護(hù)罩、專用工作臺(tái)（配有萬(wàn)向輪，移動(dòng)方便）等；設(shè)計(jì)思路新穎，結(jié)構(gòu)安全可靠。2. 測(cè)量系統(tǒng)配置有高精度壓力校驗(yàn)儀、智能溫度控制儀表（PID調(diào)節(jié)控溫，精度 ±0.5）、高

3、精度PID調(diào)壓模塊電路，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。3. 設(shè)有電流型漏電保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)，可對(duì)人身及設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)。第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)裝置介紹一、對(duì)象組成由實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體、有機(jī)玻璃保護(hù)罩、恒溫水箱、壓力校驗(yàn)儀、風(fēng)冷冷凝器、水泵、加熱棒、熱電偶、管道及閥門(mén)等組成。1. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體：實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體由高壓容器、玻璃杯、壓力油、水銀、密封填料、填料壓蓋、恒溫水套、承壓玻璃管、二氧化碳和熱電偶等組成。2. 有機(jī)玻璃保護(hù)罩：采用透明有機(jī)玻璃材料制成，不僅可以觀測(cè)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)流程，而且美觀大方。3. 恒溫水箱：不銹鋼304材質(zhì)制成。外形尺寸為：長(zhǎng)×寬×高=330mm×220mm×320m

4、m。4. 壓力校驗(yàn)儀：壓力校驗(yàn)儀是用于檢驗(yàn)一般壓力表的壓力源，檢驗(yàn)壓力范圍：0-60MPa，工作溫度范圍：10-30。 5. 風(fēng)冷冷凝器：采用風(fēng)冷型冷凝器，電源：220V，功率：50W6. 水泵：磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵，電源：220V，揚(yáng)程：1.5m，功率：10W二、控制系統(tǒng)由對(duì)象控制箱、漏電保護(hù)器、溫控儀、指示燈、控制開(kāi)關(guān)等組成。第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容第一節(jié) 二氧化碳P-V-T關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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。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掌握工質(zhì)飽和溫度與飽和壓力關(guān)系的測(cè)定方法。學(xué)

5、會(huì)活塞式壓力計(jì)、恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。4了解工質(zhì)臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。5通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解飽和狀態(tài)與臨界狀態(tài)的區(qū)別。二、實(shí)驗(yàn)原理在準(zhǔn)平衡狀態(tài)下，工質(zhì)的壓力P、比容V和溫度之間存在某種確定關(guān)系，即狀態(tài)方程F（P，V，t）=0理想氣體的狀態(tài)方程具有最簡(jiǎn)單的形式：PV=RT實(shí)際氣體的狀態(tài)方程比較復(fù)雜，目前尚不能將各種氣體的狀態(tài)方程用一個(gè)統(tǒng)一的形式表示出來(lái)（雖然已經(jīng)有了許多在某種條件下能較好反映P、V、之間關(guān)系的實(shí)際氣體的狀態(tài)方程。）因此，具體測(cè)定某種氣體的P、V、關(guān)系，并將實(shí)測(cè)結(jié)果表示在坐標(biāo)圖上形成狀態(tài)圖，乃是一種重要而有效的研究氣體工質(zhì)熱力性質(zhì)的方法。在平面的狀態(tài)圖

6、上只能表達(dá)兩個(gè)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，故具體測(cè)定時(shí)有必要保持某一個(gè)狀態(tài)參數(shù)為定值，本實(shí)驗(yàn)就是在保持溫度不變的條件下進(jìn)行的。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄及整理計(jì)算用的表格；2. 測(cè)定工質(zhì)（CO2）的p-v-t關(guān)系。在p-v坐標(biāo)系中繪出低于臨界溫度（t=20）、臨界溫度（t=31.1）和高于臨界溫度（t=50）的三條等溫曲線，并與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)曲線及理論計(jì)算值相比較，并分析其差異原因。3. 測(cè)定工質(zhì)（CO2）的飽和溫度與飽和壓力關(guān)系，在p-坐標(biāo)系中繪出飽和溫度與飽和壓力關(guān)系曲線。4. 觀測(cè)工質(zhì)臨界狀態(tài)（1）臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊的現(xiàn)象。（2）汽液整體相變現(xiàn)象。（3）測(cè)定CO2的、等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得

7、的值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方程的理論值相比較，簡(jiǎn)述其差異原因。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓力系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩等組成（如圖一所示）。實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體結(jié)構(gòu)如圖二所示。圖三 二氧化碳P-V-T關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置示意圖對(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、v、t之間有： F(p,v,t)=0或t=f(p,v) （1）本實(shí)驗(yàn)根據(jù)式（1），采用定溫方法來(lái)測(cè)定CO2的p-v-t關(guān)系，從而找出CO2的p-v-t關(guān)系。當(dāng)工質(zhì)處于飽和狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)、之間有：F(p, t)=0或t=f(p) （2）本實(shí)驗(yàn)根據(jù)（2）式，通過(guò)現(xiàn)象觀察（即汽、液同時(shí)存在時(shí)，工質(zhì)處于飽和狀態(tài)。

8、），就可測(cè)出飽和溫度與飽和壓力之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，由壓力臺(tái)送來(lái)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氣體的承壓玻璃管內(nèi)，CO2被壓縮，其壓力的大小可通過(guò)壓力臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、退來(lái)調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)。 實(shí)驗(yàn)二氧化碳的壓力，由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出。溫度由溫控儀表讀出（將波段開(kāi)關(guān)撥向恒溫箱水溫）。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)徑均勻、截面不變等條件來(lái)?yè)Q算得出（承壓玻璃管內(nèi)徑2mm）。五、實(shí)驗(yàn)步驟1按圖三裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的照明日光燈。2恒溫箱準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié)：（1）把水注入恒溫箱內(nèi)，至離蓋30-50mm

9、，檢查并接通電路，開(kāi)啟水泵，使水循環(huán)對(duì)流。（2）打開(kāi)控制面板上溫控儀和制熱電源開(kāi)關(guān)，對(duì)溫控儀參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將其設(shè)置為自動(dòng)控制狀態(tài)并將設(shè)定值SV設(shè)定為實(shí)驗(yàn)所需溫度值（若實(shí)驗(yàn)水溫高于實(shí)驗(yàn)所需溫度，可打開(kāi)控制面板上的制冷電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)行降溫處理）。（3）將波段開(kāi)關(guān)撥向水套水溫，觀察水套溫度顯示（與水套上的熱電偶配套），即是承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度。（4）當(dāng)需要改變實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，重復(fù)（2）、（3）即可。3加壓前的準(zhǔn)備因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量比容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過(guò)程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。所以，務(wù)必

10、認(rèn)真掌握，其步驟如下：（1）關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的閥門(mén)，開(kāi)啟壓力臺(tái)上油杯的進(jìn)油閥。（2）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。（3）先關(guān)閉油杯閥門(mén)，然后開(kāi)啟壓力表和進(jìn)入本體油路的閥門(mén)。（4）搖進(jìn)活塞螺桿，使本體充油。如此反復(fù)，直至壓力表上達(dá)到所要求的壓力讀數(shù)為止。應(yīng)特別注意以下情況，如螺桿已推進(jìn)到極限位置，而壓力尚未達(dá)到所需值，必須再一次抽油加壓，此時(shí)要嚴(yán)格按以下程序操作，先關(guān)油路控制閥與壓力表閥；再開(kāi)油杯進(jìn)油閥；倒退螺桿抽油至極限位置；然后關(guān)閉油杯進(jìn)油閥，開(kāi)壓力表控制閥與油路控制閥（注意：油路控制閥、壓力表閥決不能同時(shí)處于開(kāi)啟狀態(tài)！），推進(jìn)螺桿逐漸加壓直到

11、所需值。（5）再次檢查油杯閥門(mén)是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門(mén)是否開(kāi)啟。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4作好實(shí)驗(yàn)的原始記錄：（1）設(shè)備數(shù)據(jù)記錄：儀器、儀表名稱、型號(hào)、規(guī)格、量程、精度。（2）常規(guī)數(shù)據(jù)記錄：室溫、大氣壓、實(shí)驗(yàn)環(huán)境情況等。（3）承壓玻璃管內(nèi)CO2質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中采用間接辦法來(lái)確定CO2的比容，因?yàn)镃O2的比容V與其高度是一種線性關(guān)系。具體方法如下：a 已知CO2液體在20，9.8MPa時(shí)的比容V（20，9.8Mpa）=0.00117m3 /kg。b 實(shí)際測(cè)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)上在20，9.8Mpa時(shí)的CO2在容器內(nèi)所占高度h0（m）。（注意玻璃管水套上

12、刻度的標(biāo)記方法）c V（20，9.8Mpa）=式中：A為玻璃管內(nèi)截面積；為玻璃管內(nèi)CO2總質(zhì)量。 其中：K即為玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)量面積比（常數(shù)）。所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為：式中h任意溫度、壓力下水銀柱高度。h0承壓玻璃管內(nèi)頂端所處高度。5測(cè)定低于臨界溫度t=20時(shí)的定溫線。（1）將恒溫箱溫度設(shè)定在t=20，并保持恒溫。（2）壓力從4.41Mpa開(kāi)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，以保證定溫條件。否則，將來(lái)不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）在4.5 MPa至9.8 MPa之間按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔保持不同的平衡狀態(tài)并測(cè)取h值。（4）注意加壓后CO2的狀態(tài)變化，特別是注意液

13、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)象一并填入記錄表中。6測(cè)定飽和溫度與飽和壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（1）將恒溫箱在2030之間選取幾個(gè)不同的溫度點(diǎn)，并保持恒溫。（2）緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿（以足夠保證定溫條件），讓壓力從4.41Mpa開(kāi)始慢慢增加，當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀面上汽態(tài)與液態(tài)的CO2同時(shí)存在時(shí)，停止搖動(dòng)活塞螺桿5分鐘左右，當(dāng)壓力溫度都不再變化時(shí)，記錄此時(shí)的壓力與溫度。7測(cè)定臨界溫度t=31.1時(shí)的定溫線。（1）將恒溫箱溫度設(shè)定在t=31.1，并保持恒溫。（2）壓力從4.41Mpa開(kāi)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，以保證定溫條件。否則，將來(lái)不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）

14、在4.5 MPa至9.8 MPa之間按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔保持不同的平衡狀態(tài)并測(cè)取h值。（4）注意加壓后CO2的狀態(tài)變化，特別是臨界現(xiàn)象（在臨界狀態(tài)附近要多測(cè)些數(shù)據(jù)）。要將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入記錄表中。8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Pc和臨界比容Vc。（2）觀察臨界現(xiàn)象。臨界溫度指氣體能通過(guò)加壓壓縮成液態(tài)的最高溫度，當(dāng)溫度高于臨界溫度時(shí)，無(wú)論加多大的壓力也不能使氣體液化。理論上CO2的臨界溫度是31.1，故實(shí)驗(yàn)時(shí)溫度在此附近時(shí)，通過(guò)不斷地加壓能在某一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)（理論上此時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力為7.52MPa看到水銀柱上面出現(xiàn)

15、少許白霧（液化）隨后加壓白霧消失，無(wú)論再怎么加壓也不會(huì)出現(xiàn)在2030之間所看到的汽液共存現(xiàn)象。9測(cè)定高于臨界溫度t=50時(shí)的定溫線。（1）將恒溫箱溫度設(shè)定t=50，并保持恒溫。（2）壓力從4.41Mpa開(kāi)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，以保證定溫條件。否則，將來(lái)不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）在4.5 MPa至9.8 MPa之間按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔保持不同的平衡狀態(tài)并測(cè)取h值。（4）注意加壓后CO2的狀態(tài)變化，是否還能觀察到前面實(shí)驗(yàn)所看到的飽和現(xiàn)象與臨界現(xiàn)象？要將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入記錄表中。六、注意事項(xiàng)1除t=20時(shí)，須加壓到絕對(duì)壓力10MPa（表壓9.8MPa）外，其余各等溫線均在59 MPa間測(cè)出h值，表壓不得超過(guò)10MPa，溫度不應(yīng)超過(guò)50。2一般壓力間隔可取0.20.5 MPa，接近飽和狀態(tài)和臨界狀態(tài)時(shí)壓力間隔適當(dāng)取小些。3加壓過(guò)程應(yīng)足夠緩慢以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)平衡過(guò)程，卸壓時(shí)與加壓的操作步驟正好相反。注：決不可直接打開(kāi)油杯閥卸壓！以防損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備。4實(shí)驗(yàn)完畢將儀器設(shè)備擦凈。將原始記錄交指導(dǎo)教師簽字后方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。5遇到疑難或異常情況應(yīng)及時(shí)詢