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1、二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及p-v-t測(cè)定實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(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)內(nèi)容 1、測(cè)定CO2的p-v-t關(guān)系。在p-v坐標(biāo)系中給出低于臨界溫度（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。 2、測(cè)定C

2、O2在低于臨界溫度（t=20℃、27℃）飽和溫度和飽和壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與圖中ts-ps曲線比較。 3、觀測(cè)臨界狀態(tài) （1）臨界狀態(tài)附近氣液兩相模糊的現(xiàn)象。 （2）氣液整體相變現(xiàn)象。 （3）測(cè)定CO2的pc、vc、tc等臨界參數(shù)，并將實(shí)驗(yàn)所得的vc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。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理 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（如圖一所示）。 圖一　試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖 圖二　試驗(yàn)臺(tái)本體 試驗(yàn)臺(tái)本體如圖二所示。其中1－高壓容器；2－玻璃杯；3－壓力機(jī)；4－水銀；5－密封填料；6－填料壓蓋；7－恒溫水套

3、；8－承壓玻璃杯；9－CO2空間；10－溫度計(jì)。 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： 　或　　　　　　?。?） 本實(shí)驗(yàn)就是根據(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。 實(shí)驗(yàn)中，壓力臺(tái)油缸送來(lái)的壓力由壓力油傳入高壓容器幫玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先CO2氣體的承壓力玻璃管容器，CO2被壓縮，其壓力通過(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)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。溫度由插在恒溫水套中溫度計(jì)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

4、后者根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來(lái)?yè)Q算得出。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、按圖一裝好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)本體上的日光燈（目的是易于觀察）。 2、恒溫器準(zhǔn)備及溫度調(diào)節(jié) （1）、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，使水待理不理對(duì)流。 （2）、把溫度調(diào)節(jié)儀波段形狀撥向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)溫度旋扭設(shè)置所要調(diào)定的溫度，再將溫度調(diào)節(jié)儀波段開(kāi)關(guān)撥向顯示。 （3）、視水溫情況，開(kāi)、關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到要調(diào)定的溫度時(shí)，恒溫器指示燈是亮的，當(dāng)指示燈時(shí)亮?xí)r滅閃動(dòng)時(shí)，說(shuō)明溫度已達(dá)到所需要的恒溫。 （4）、觀察溫度，其讀數(shù)的溫度點(diǎn)溫度設(shè)定的溫度一致時(shí)（或基本一致時(shí)0，則可（近似）認(rèn)為承壓玻

5、璃管內(nèi)的CO2的溫度處于設(shè)定的溫度。 （5）、當(dāng)所需要改變實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，應(yīng)加冰進(jìn)行調(diào)節(jié)。 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，需要多次從油杯時(shí)抽油，再向主容器管充油、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)損壞試驗(yàn)設(shè)備。所以，務(wù)必認(rèn)真掌握，其步驟如下： （1） 關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門(mén)，開(kāi)啟壓力臺(tái)油杯上的進(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)入本體油路的兩個(gè)閥門(mén)。 （4） 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表讀數(shù)為止。 （5）

6、 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、等。 （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）測(cè)定承壓玻璃管內(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，認(rèn)為CO2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）＝0.00117M3kg。 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△ho（m）。（

7、注意玻璃管水套上刻度的標(biāo)記方法） c）　 　　　　 其中：K－即為玻璃管內(nèi)CO2的持面比常數(shù)。 所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為： 　　　　　　　　 式中： 任意溫度、壓力下水銀柱高度。 －承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。 5、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(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，特別是注意壓力和飽和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及

8、液化、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)象一并填入表1。 （5）測(cè)定t=25℃、27℃時(shí)飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 6、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，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，飽和汽線和飽和流線合于一點(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)壓力稍在變化時(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

9、、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)處于臨界溫度下，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)程過(guò)程來(lái)進(jìn)行。首先在壓力等于7MPa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。 7、測(cè)定高于臨界溫度t＝50℃時(shí)的定溫線。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 1、按表1的數(shù)據(jù)，如圖三在p-v坐標(biāo)系中畫(huà)出三條等溫線。 2、將實(shí)驗(yàn)測(cè)得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)得的飽和溫度與壓力的對(duì)應(yīng)值與圖四給出的ts-ps曲線相比較。