1、工程熱力學二氧化碳臨界狀態觀測及p-v-t關系一、實驗目的1、了解co2臨界狀態的觀測方法，增加對臨界狀態概念的感性認識。2、增加對課堂所講的工質熱力狀態、凝結、汽化、飽和狀態等基本概念的理解。3、掌握co2的p-v-t關系的測定方法，學會用實驗測定實際氣體狀態變化規律的方法和技巧。4、學會活塞式壓力計，恒溫器等熱工儀器的正確使用方法。二、實驗內容1、測定co2的p-v-t關系。在p-v坐標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，并與標準實驗曲線及理論計算值相比較，并分析其差異原因。2、測定co2在低于臨界溫度（t=20、27）時飽和

2、溫度和飽和壓力之間的對應關系，并與圖四中的ts-ps曲線比較。3、觀測臨界狀態（1）臨界狀態附近氣液兩相模糊的現象。（2）氣液整體相變現象。（3）測定co2的pc、vc、tc等臨界參數，并將實驗所得的vc值與理想氣體狀態方程和范德瓦爾方程的理論值相比教，簡述其差異原因。三、實驗設備及原理整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗臺本體及其防護罩等三大部分組成（如圖一所示）。 圖一 試驗臺系統圖 圖二 試驗臺本體試驗臺本體如圖二所示。其中1高壓容器；2玻璃杯；3壓力機；4水銀；5密封填料；6填料壓蓋；7恒溫水套；8承壓玻璃杯；9co2空間；10溫度計。、對簡單可壓縮熱力系統，當工質處于平衡狀態時，其狀態

3、參數p、v、t之間有： f(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1）本實驗就是根據式（1），采用定溫方法來測定co2的p-v-t關系，從而找出co2的p-v-t關系。實驗中，由壓力臺送來的壓力由壓力油進入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入預先裝了co2氣體的承壓玻璃管，co2被壓縮，其壓力和容器通過壓力臺上的活塞桿的進、退來調節。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調節。實驗工質二氧化碳的壓力，由裝在壓力臺上的壓力表讀出（如要提高精度，可由加在活塞轉盤上的平衡砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內二氧化碳柱的高度來測量，而后再根據承壓玻璃

4、管內徑均勻、截面不變等條件來換算得出。四、實驗步驟1、按圖一裝好實驗設備，并開啟實驗本體上的日光燈。2、恒溫器準備及溫度調節：（1）、入恒溫器內，注至離蓋3050mm。檢查并接通電路，開動電動泵，使水循環對流。（2）、旋轉電接點溫度計頂端的帽形磁鐵，調動凸輪示標，使凸輪上端面與鎖要調定的溫度一致，再將帽形磁鐵用橫向螺釘鎖緊，以防轉動。（3）、視水溫情況，開、關加熱器，當水溫未達到要調定的溫度時，恒溫器指示燈是亮的，當指示燈時亮時滅閃動時，說明溫度已達到所需要恒溫。（4）、觀察玻璃水套上的溫度計，若其讀數與恒溫器上的溫度計及電接點溫度計標定的溫度一致時（或基本一致），則可（近似）認為承壓玻璃管內

5、的co2的溫度處于所標定的溫度。（5）、當所需要改變實驗溫度時，重復（2）（4）即可。3、加壓前的準備：因為壓力臺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。壓力臺抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會損壞試驗設備。所以，務必認真掌握，其步驟如下：（1）關壓力表及其進入本體油路的兩個閥門，開啟壓力臺上油杯的進油閥。（2）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。（3）先關閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進入本體油路的兩個閥門。（4）搖進活塞螺桿，使本體充油。如此交復，直至壓力表上有壓力讀數為止。（5）再

6、次檢查油杯閥門是否關好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調定后，即可進行實驗。4、作好實驗的原始記錄：（1）設備數據記錄：儀器、儀表名稱、型號、規格、量程、精度。（2）常規數據記錄：室溫、大氣壓、實驗環境情況等。（3）測定承壓玻璃管內co2質量不便測量，而玻璃管內徑或截面積（a）又不易測準，因而實驗中采用間接辦法來確定co2的比容，認為co2的比容v與其高度是一種線性關系。具體方法如下：a）已知co2液體20，9.8mpa時的比容v（20，9.8mpa）=0.00117m3/。b）實際測定實驗臺在20，9.8mpa時的co2液柱高度h0（m）。（注意玻璃管水套上刻度的標記方法）c）v（20

7、，9.8mpa）= 其中：k即為玻璃管內co2的質面比常數。所以，任意溫度、壓力下co2的比容為： （m3/kg） 式中，h=h-h0 h任意溫度、壓力下水銀柱高度。 h0承壓玻璃管內徑頂端刻度。5、測定低于臨界溫度t=20時的定溫線。（1）將恒溫器調定在t=20，并保持恒溫。（2）壓力從4.41mpa開始，當玻璃管內水銀柱升起來后，應足夠緩慢地搖進活塞螺桿，以保證定溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數不準。（3）按照適當的壓力間隔取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關系以及液化、汽化等現象。要將測得的實驗數據及觀察到的現象一并填

8、入表1。（5）測定t=20、27時其飽和溫度和飽和壓力的對應關系。6、測定臨界參數，并觀察臨界現象。（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pc和臨界比容vc，并將數據填入表1。（2）觀察臨界現象。a）整體相變現象由于在臨界點時，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，表現為漸變過程，而這時當壓力稍在變化時，汽、液是以突變的形式相互轉化。b）汽、液兩相模糊不清的現象處于臨界點的co2具有共同參數（p,v,t），因而不能區別此時co2是氣態還是液態。如果說它是氣體，那么，這個氣體是接近液態的氣

9、體；如果說它是液體，那么，這個液體又是接近氣態的液體。下面就來用實驗證明這個結論。因為這時處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進行，使co2壓縮或膨脹，那么，管內是什么也看不到的。現在，我們按絕熱過程來進行。首先在壓力等于7.64mpa附近，突然降壓co2狀態點由等溫線沿絕熱線降到液區，管內co2出現明顯的液面。這就是說，如果這時管內的co2是氣體的話，那么，這種氣體離液區很接近，可以說是接近液態的氣體；當我們在膨脹之后，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液體離氣區也是非常接近的，可以說是接近氣態的液體。既然，此時的co2既接近氣態，又接近液態，所以能處于臨界點附近。

10、可以這樣說：臨界狀態究竟如何，就是飽和汽、液分不清。這就是臨界點附近，飽和汽、液模糊不清的現象。7、測定高于臨界溫度t=50時的定溫線。將數據填入原始記錄表1。五、實驗報告要求1、按表1的數據，如圖三在p-v坐標系中畫出三條等溫線。2、將實驗測得得等溫線與圖三所示的標準等溫線比較，并分析它們之間的差異及原因。3、將實驗測得的飽和溫度與壓力的對應值與圖四給出的ts-ps曲線相比較。4、將實驗測定的臨界比容vc與理論計算值一并填入表1，并分析它們之間的差異及其原因。臨界比容vcm3/kg 表1標準值實驗值vc=rtc/pcvc=0.00216co2等溫實驗原始記錄表t=20t=31.1（臨界）t=

11、50p(mpa)hv=h/k現象p(mpa)hv=h/k現象p(mpa)hv=h/k現象進行等溫線實驗所需時間 分鐘分鐘分鐘圖三 標準曲線 圖 四 co2飽和溫度和壓力關系曲線氣體定壓比熱測定實驗氣體定壓比熱的測定是工程熱力學的基本實驗之一。實驗中涉及溫度、壓力、熱量（電功）、流量等基本量的測量；計算中用到比熱及混合氣體（混空氣）方面的知識。本實驗的目的是增加熱物性研究方面的感性認識，促使理論聯系實際，以利于培養同學分析問題和解決問題的能力。一、實驗目的和要求1. 了解氣體比熱測定裝置的基本原理和構思。2. 熟悉本實驗中的測溫、測壓、測熱、測流量的方法。3. 掌握由基本數據計算出比熱值和求得比

12、熱公式的方法。4. 分析本實驗產生誤差的原因及減小誤差的可能途徑。二、實驗裝置和原理裝置由風機、流量計、比熱儀主體、電功率調節及測量系統等四部分組成（如圖一所示）。圖一 實驗裝置比熱儀主體如圖二所示。實驗時，被測空氣（也可以時其它空氣）由風機經流量計送入比熱儀主體，經加熱、均流、旋流、混流后流出。在此過程中，分別測定：空氣在流量計出口處的干、濕球溫度（t0，tw）；氣體經比熱儀主體的進出口溫度（t1，t2）；氣體的體積流量（v）；電熱器的輸入功率（w）；以及實驗時相應的大氣壓（b）和流量計出口處的表壓（h）。有了這些數據，并查用相應的物性參數，即可計算出被測氣體的定壓比熱（cpm）。氣體的流量

13、由節流閥控制，氣體出口溫度由輸入電熱器的功率來調節。本比熱儀可測300以下的定壓比熱。圖二 比熱儀主體三、實驗步驟和數據處理1. 接通電源及測量儀表，選擇所需的出口溫度計插入混流網的凹槽中。2. 摘下流量計上的溫度計，開動風機，調節節流閥，使流量保持在額定值附近。測出流量計出口空氣的干球溫度（t0）和濕球溫度（tw）。3. 將溫度計插回流量計，調節流量，使它保持在額定值附近。逐漸提高電熱器功率，使出口溫度升高至預計溫度可以根據下式預先估計所需電功率： 式中：w為電熱器輸入電功率（瓦）； t為進出口溫度差（）； 為每流過10升空氣所需的時間（秒）。4. 待出口溫度穩定后（出口溫度在10分鐘之內無

14、變化或有微小起伏，即可視為穩定），讀出下列數據，每10升空氣通過流量計所需時間（,秒）；比熱儀進口溫度即流量計的出口溫度（t1,）和出口溫度（t2）；當時相應的大氣壓力（b，毫米汞柱）和流量計出口處的表壓（h，毫米汞柱）；電熱器的輸入功率（w，瓦）。5. 根據流量計出口空氣的干球溫度和濕球溫度,從濕空氣的干濕圖查出含濕量(d,克/公斤干空氣)，并根據下式計算出水蒸氣的容積成分： 6. 根據電熱器消耗的電功率，可算出電熱器單位時間放出的熱量： 千卡/秒7. 干空氣流量（質理流量）為： 公斤/秒8. 水蒸氣流量為：公斤/秒9. 水蒸氣吸收的熱量：千卡/秒10. 干空氣的定壓比熱為：千卡/（公斤）1

15、1. 計算舉例某一穩定工況的實測參數如下： t0=8； tw=7.5； b=748.0毫米汞貢柱 t1=8； t2=240.3； =69.96 秒/10升； h=16 毫米汞柱; w=41.84千瓦查干濕圖得 d=6.3克/公斤干空氣（=94%）千卡/秒 公斤/秒 公斤/秒千卡/秒 千卡/（公斤）12. 比熱隨溫度的變化關系假定在0300之間，空氣的真實定壓比熱與溫度之間近似地有線性關系，則由t1到t2的平均比熱為： 因此，若以 為橫坐標， 為縱坐標（如圖三），則可根據不同的溫度范圍內的平均比熱確定截距a和斜率b，從而得出比熱隨溫度變化的計算式。圖 三四、注意事項1. 切勿在無氣流通過的情況下使電熱器投入工作，以