二氧化碳pvt关系-实验指导书

二氧化碳P-V-T关系测试实验装置

实验指导书

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航空工业管理学院航空工程学院

二零一六年

目录

第一章实验装置说明 (1)

第一节系统概述 1

一、概述 (1)

二、装置特点 (1)

第二节实验装置介绍 1

一、对象组成 (1)

二、控制系统 (1)

第二章实验容 (2)

第一节二氧化碳P-V-T关系测试实验装置 2

一、实验目的 (2)

二、实验原理 (2)

三、实验容 (2)

四、实验设备简介 (2)

五、实验步骤 (4)

六、注意事项 (6)

七、实验结果处理和分析 (7)

附图 (8)

附图一：8 附图二：9 附表 (10)

附表一：10 附表二：10

第一章实验装置说明

第一节系统概述

一、概述

本装置主要用于测定二氧化碳的P-V-T关系。观察临界现象，测定其临界参数P、V、T；测定二氧化碳在不同压力下饱和蒸汽和饱和液体的比容；测定二氧化碳饱和温度和饱和压力的对应关系。可使学生增加对临界状态概念的感性认识，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，掌握二氧化碳的P-V-T关系的测定方法和实验测定实际气体状态变化规律的方法、技巧。

二、装置特点

1.实验装置配置电镀本体、玻璃阻容器管和有机玻璃水套、可制冷又能加热的恒温水箱、500mm长节能灯和有机玻璃保护罩、专用工作台（配有万向轮，移动方便）等；设计思路新颖，结构安全可靠。

2.测量系统配置有高精度压力校验仪、智能温度控制仪表（PID调节控温，精度±0.5℃）、高精度PID调压模块电路，实验结果准确。

3.设有电流型漏电保护、过载保护、接地保护，可对人身及设备进行有效保护。

第二节实验装置介绍

一、对象组成

由实验台本体、有机玻璃保护罩、恒温水箱、压力校验仪、风冷冷凝器、水泵、加热棒、热电偶、管道及阀门等组成。

1. 实验台本体：实验台本体由高压容器、玻璃杯、压力油、水银、密封填料、填料压盖、恒温水套、承压玻璃管、二氧化碳和热电偶等组成。

2. 有机玻璃保护罩：采用透明有机玻璃材料制成，不仅可以观测实验的整个流程，而且美观大方。

3. 恒温水箱：不锈钢304材质制成。外形尺寸为：长×宽×高=330mm×220mm×320mm。

4. 压力校验仪：压力校验仪是用于检验一般压力表的压力源，检验压力围：0-60MPa，工作温度围：10-30℃。

5. 风冷冷凝器：采用风冷型冷凝器，电源：220V，功率：50W

6. 水泵：磁力驱动循环泵，电源：220V，扬程：1.5m，功率：10W

二、控制系统

由对象控制箱、漏电保护器、温控仪、指示灯、控制开关等组成。

第二章 实验容

第一节 二氧化碳P-V-T 关系测试实验装置

一、实验目的

1．掌握CO 2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。

2．增加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．掌握工质饱和温度与饱和压力关系的测定方法。学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。

4．了解工质临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。

5．通过实验理解饱和状态与临界状态的区别。

二、实验原理

在准平衡状态下，工质的压力P 、比容V 和温度ｔ之间存在某种确定关系，即状态方程

F （P ，V ，t ）=0

理想气体的状态方程具有最简单的形式：PV=RT

实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来（虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映P 、V 、ｔ之间关系的实际气体的状态方程。）因此，具体测定某种气体的P 、V 、ｔ关系，并将实测结果表示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。

在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，故具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持温度ｔ不变的条件下进行的。

三、实验容

1. 设计数据记录及整理计算用的表格；

2. 测定工质（CO 2）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。

3. 测定工质（CO 2）的饱和温度与饱和压力关系，在p-ｔ坐标系中绘出饱和温度与饱和压力关系曲线。

4. 观测工质临界状态

（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CO 2的c p 、c v 、c t 等临界参数，并将实验所得的c v 值与理想气体状态方程和德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因。

四、实验设备简介

整个实验装置由压力系统、恒温系统和实验台本体及其防护罩等组成（如图一所示）。

实验台本体结构如图二所示。

图三二氧化碳P-V-T关系测试实验装置示意图

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）

本实验根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。

当工质处于饱和状态时，其状态参数ｐ、ｔ之间有：

F(p, t)=0或t=f(p) （2）

本实验根据（2）式，通过现象观察（即汽、液同时存在时，工质处于饱和状态。），就可测出饱和温度与饱和压力之间的关系。

实验中，由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管，CO2被压缩，其压力的大小可通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。

实验二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出。温度由温控仪表读出（将波段开关拨向恒温箱水温）。比容首先由承压玻璃管二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管径均匀、截面不变等条件来换算得出（承压玻璃管径Φ2mm）。

五、实验步骤

1．按图三装好实验设备，并开启实验台上的照明日光灯。

2．恒温箱准备及温度调节：

（1）把水注入恒温箱，至离盖30-50mm，检查并接通电路，开启水泵，使水循环对流。

（2）打开控制面板上温控仪和制热电源开关，对温控仪参数进行设置，将其设置为自动控制状态并将设定