二氧化碳临界状态的观测和p-v-t关系

二氧化碳临界状态观测及p-υ-t 关系实验报告

任课教师：王荣姓名：舒小华学号：061800313

一、实验原理及过程简述

实验原理：

1、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)

本试验就是根据(1)，采用定温方法测定CO2 的的p-υ之间的关系，从而找出

CO2 的p-υ-t 的关系。

2、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

预先装入CO2 气体的玻璃管。CO2 被压缩，其压力和容积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。

3、实验工质CO2 的压力由装在压力台上的压力表读出(如果提高精度，还须考

虑水银柱高的修正等)。温度由插在恒温水浴中的温度传感器读出。比容首先由承压玻璃管内CO2 柱的高度来度量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出。

实验过程：

1、按图一安装好试验设备，使用定温器设定需要温度。

2、加压前的准备

(1)关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。

(2)摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台油缸中抽满了油。

(3)关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门。

(4)摇进活塞螺杆，向本体充油，如此反复，至压力表有读数时为止。

3、实验的原始纪录及注意事项

(1)测定承压玻璃管内的CO2的质量比常数k值：

a)已知CO2液体在20℃、9.8MPa时的比容为

b)如前操作，测出本试验台CO 2在20℃，9.8MPa 时的CO 2的液体高度(注意玻璃水套上刻度的标记方法)

c) ∵ ∵

那么任意温度、压力下CO 2的比容为：

4、测定t=20℃时的定温线

(1)使用定温器调定t=20℃，并保持恒温。

(2)压力记录从4.41MPa 开始，当玻璃管内水银开始起来后，就缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准确。

(3)按照适当的压力间隔读h 值，直至压力P=8MPa 。

(4)注意加压后CO 2的变化，特别是饱和压力与饱和温度的对应关系，以及液化、汽化等现象，要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入实验记录表1中。

(5)测定t=20℃时饱和温度与饱和压力的对应关系。

5、测定临界(t=31.1℃)等温线、临界参数入临界现象观察

(1)仿照4，测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力p c 和临界比容υc 填入实验记录表中。

(2)临界现象观察

观察a)整体相变现象，b)汽、液两相模糊不清现象 观察突然降压CO 2状态点由临界点沿绝热线降到液区，管内CO 2出现了明显的液面；膨胀之后，突然压缩CO 2时，这个液面又立即消失了，这就告诉我们这时CO 2液体离气区也是非常近的，验证临界点附近饱和汽液模糊不清的现象。 6、、、t=40、、、、、、、、、、、、、、、、、、1、

二、实验原始数据记录

根据 8.0MPa 时的 C O 2 的液体高，

即k=57.26 可得表 一和表二：

表一 CO 2 等温实验原始记录（有误差的）

m MPa C o 300117.0)8.9,20(=ν)(*m h ∆Kg m m

A h MPa C o

3*00117.0)8.9,20(=⋅∆=ν00117

.0*

h A m k ∆==2m Kg k

h A m h ∆=∆=/υK m 3cm

70.6*

h

=∆00117

.0k *

h A m ∆=

=

2

m Kg

表二临界比容υc(m3/kg)

标准值实验值

v

=

RT

C c

P

C

v

=

3RT

C

c

8P

C

0.00216

0.001420.007010.00263

三、实验结果整理及误差分析

A、等温曲线绘制与比较：1、

等温线图：

2、比较分析：

与标准曲线相比，由所绘制的等温线图和标准曲线相比较可看出，大致趋势相同，但曲线拐点对应v较小，且随着p增大v增大的幅度更小，实验结果存在误差，20℃时，曲线没有事实那么平坦；随着温度的升高，实际曲线与理论曲线逐渐逼近。

B、误差分析：

1、进口压力没有调零。

2、实际读取的数据无法连续，拟合存在误差。

3、没有达到稳定，读的是过程量

4、现实中恒温条件很难保持住

四、简述实验收获和对实验的改进意见

收获：通过对二氧化碳临界状态的观测的和其p-υ-t 关系的实验。了解二氧化碳临界状态的观察方法，增加了对临界状态的感性认识，加深了课堂上工质汽化，液化凝、临界状态等概念的理解，意识到实际气体和理想气体之间的差别，掌握了分析问题的方法和思路，增加了对工程热力学的兴趣。

改进意见：本实验在摇进活塞螺杆，向本体充油对CO2进行加压时，气体和Hg也会对活塞螺杆有反压力，不同人对该反压力的“抵抗”行为不同，结果实际有一定的误差，可以从CO2室内引入负反馈，在活塞螺杆处增加一个压力设备，平衡对活塞螺杆的反压力（不知

道现实不），来消除这一部分误差，使得结果与实际情况更接近。