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1、工程热力学实验指导书二氧化碳临界状态观测及p-t关系实验指导书一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。2、加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3、把握CO2的p-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。4、学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。二、实验内容1、测定CO2的p-t关系。在p-坐标图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，并与标准实验曲线见图三及理论计算值相比拟，分析差异原因。2、测定CO2在低于临界温度时t=20，25饱和温度
2、与饱和压力之间的对应关系并与图四中绘出的ts=ps曲线比拟。3、观测临界状态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CO2的tc、pc、c等临界参数，并将实验所得的c值与理想气体状态方程和范德瓦尔斯方程的理论值相比拟，简述其差异原因。三、实验设备及原理1、整个实验装置由压力台、恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成，如图一所示。2、试验台本体如图二所示。3、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、t之间有：Fp、t=0或t=fp，1本试验就是根据1，采用定温方法测定CO2的的p-之间的关系，进而找出CO2的p-t的关系。4、实验中由压力台送来的压力油进入高压
3、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，温度由恒温器供应的水套里的水温来调节。5、实验工质CO2的压力由装在压力台上的压力表读出假如提高精度，还须考虑水银柱高的修正等。温度由插在恒温水套中的温度计读出。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。四、实验步骤1、按图一安装好试验设备，开启试验本体上的电灯。2、使用恒温器调定温度，步骤如下：1将蒸馏水注入恒温器内，注至离盖3050mm为止。检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。2松开电接点温度计顶端帽形磁铁
4、上的横向锁紧螺钉，旋转帽形磁铁调动凸轮示标使上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁锁紧，以防转动。3接通恒温器上加温开关，当水温未到达要调定的温度时，恒温器批示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，讲明温度已到达所需恒温温度。4观察玻璃水套温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时或基本一致，则可近似以为承压玻璃管内的温度为标定的温度。5当需要改变试验温度时，重复24即可。3、加压前的准备由于压力台的油缸容量比主容器容量小，需要屡次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。抽油、充油的操作经过非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备，所以务必认
5、真把握，其步骤如下：1关压力表及其进入本体油路的两上阀门，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，如此交复，至压力表有读数时为止。4、实验的原始纪录及注意事项1设备数据记录：仪器：仪表的名称、型号、规格、量程、精度。2常规数据记录：室温、大气压、实验环境情况等。3测定承压玻璃管内的CO2的质量比常数k值：由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积A又不易测准，因此实验中采用间接办法来确定CO2的比容，以为CO2的比容与其高度是线性关系，详
6、细如下：a已知CO2液体在20、9.8MPa时的比容为20，9.8MPa=0.00117m3/Kgb如前操作，测出本试验台CO2在20，9.8MPa时的CO2的液体高度h*m注意玻璃水套上刻度的标记方法c00117.0)8.9,20(=?=mAhMPaCm3/Kg00117.0hAmk?=Kg/m2那么任意温度、压力下CO2的比容为：khAmh?=?=/m3/K式中h=h-h0h-任意温度、压力下水银柱高度h0-承压玻璃管内径顶端刻度4实验中应注意下面事项：a做各条定温线时，实验压力P9.8MPa，实验温度t50。b一般取h时压力间隔可取0.1960.490MPa，但在接近饱和状态和临界状态时
7、，压力间隔应取为0.049MPa。c实验中读取水银柱液面高度时要注意，应使视线与水银柱半园型液面的中间对齐。5、测定t=20时的定温线1使用恒温器调定t=20，并保持恒温。2压力记录从4.41MPa开场，当玻璃管内水银开场起来后，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根据适当的压力间隔读h值，直至压力P=9.8MPa。4注意加压后CO2的变化，十分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=25或t=27时饱和温度与饱和压力的对应关系。6、测定临界t=31.1等温线、临界参数入临界现象观察
8、1仿照5，测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力pc和临界比容c填入实验记录表中。2临界现象观察a整体相变现象由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线合为一点，所以这时汽液的互相转变不像临界温度下面时那样逐步积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的经过，而是当压力稍有变化，汽、液是以突变的形式互相转化。b汽、液两相模糊不清现象处于临界点的CO2汽液两态具有共同参数p、t，因此是不能区别此时CO2是气态还是液态。假如讲它是气体是接近液态的气体；假如讲它是液体，那么又是接近气态的液体。下面用实验证实这个结论。由于这时是处于临界温度，假如按等温线经过进行来使CO2压缩或膨胀，那么管内
9、是什么也看不到的。如今我们按绝热经过来进行。首先在压力等于7.64MPa附近，忽然降压CO2状态点由临界点沿绝热线降到液区，管内CO2出现了明显的液面，这就讲明假如这时管内的CO2是气体的话，那么这种气体离液区很接近能够讲是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，忽然压缩CO2时，这个液面又立即消失了，这就告诉我们这时CO2液体离气区也是非常近的，能够讲是接近气态的液体，既然此时的CO2既接近气态又接近液态，所以处于临界点附近。那么临界状态空间怎样，应该讲饱和汽、液分不清。这就是临界点附近饱和汽液模糊不清的现象。7、测定t=50时的等温线，将数据填入实验记录附表1。五、绘制等温曲线与比拟1、将实验数
10、据进行处理，并在p-图上画出三条等温线。2、将实验测得的等温线与图三所示的标准等温线比拟，并分析之间的差异及原因。3、将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应关系与图四的tsps曲线相比拟。4、将实验测定的临界比容c与理论计算值一并填入附表2并分析之间的差异及原因。六、实验报告1、简述实验原理及经过。2、各种数据的原始记录。3、实验结果整后的图表。4、分析比拟等温曲线的实验值与标准值之间的差异及其原因。分析比拟临界比容的实验值与标准值及理论计算值之间的差异及原因。5、简述实验收获对实验改良意见空气定压比热测定实验空气定压比热的测定是工程热力学的基本实验之一，实验中涉及温度、压力、热量、流量等基本量
11、的的测量；计算中用到比热及混合气体湿空气方面的基本知识。本实验的目的是增加热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联络实际，培养学生分析问题和解决问题的能力。一、实验要求1、了解空气比热测定装置的基本原理和构造；2、熟悉本实验中的测温、测压、测热量、测流量的方法；3、根据比热公式由基本数据计算空气比热值；4、分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。二、实验原理气体的定压比热定义为：?=ThCp在没有对外界作出功的气体的等压流动经过中，dh=dQs/m，则气体的定压比热可表示为：)(1221TTmQCpmgTT-=式中m气体的质量流量，kg/sQg气体在定压流动经过中的吸热量，KJ/s低压气
12、体的定压比热容通常用温度的多项式表示，例如空气的定压比热容的实验关系式：263101658.01006791.09705.0TCp-?+?-=KJ/kgK在与室温相近的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似看为线性的，可近似表示为：bTaCp+=由T1加热到T2的平均比热容2)(12122121TTbaTTbTaCpmTTTT-+=-+=?大气是含水蒸气的湿空气，当湿空气气流由T1加热到T2时，其中水蒸气的吸热量可用下式计算：dTmQTTww?-?+=21)105345.06878.1(3)(102672.0)(6878.12122312TTTTmw-?+-=-KJ/s式中，mw为气流
13、中的水蒸气质量，Kg/s。于是，干空气的平均定压比热容由下式确定：)()(121221TTmQQTTmQCpmgwggTT-=-=KJ/(kgK)Qw为湿空气气流的吸热量。三、实验装置1、整个装置由风机、湿式流量计、比热仪本体、电功率调节器及测量系统共五部分组成，如下图。2、比热仪本体如图二所示。其1-进口温度计；2-多层社瓦瓶；3-电热器；4-均流网；5-绝缘垫；6-旋流片；7-混流网；8-出口温度计。3、空气可以以是其它气体由风机经流量计送入比热仪本体，经加热、均流、旋流、混流、测温后流出。气体流量由节流阀控制；气体出口温度由输入电热器的电压调节。图一四、实验测量与计算1、接通电源，接好测
14、量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中；2、摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。读出空气的湿球温度Tw，K和流量计出口空气的干球温度T0，K，查表得到相对湿度，由湿空气的焓-湿图确定含湿量dg/kg，并计算出水蒸气的容积成分rw。3、将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近，逐步提高电压，使出口温度升高至一定温度，当实验工况稳定后测定每10升气体通过流量计所需时间，s;比热仪进口温度T1，K和出口温度T2，K；当地大气压力B，Pa和流量计出口处的表h，mmH2O；电热器的功率W。实验中需要计算干空气的质量流量mg、水蒸气的质量流量mw，电加热器
15、的放热量，水蒸气温度等数据。1、根据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量d，g/kg干空气，并根据下式计算出水蒸气的容积成分；622/1622/ddrw+=图二2、电热器单位时间放出的热量为：Q=W10-3KW3、干空气流量为：1.287100010)(1(ThgBrTRPsVmwgg?+-=kg/s4、水蒸气流量为：05.461100010)(1(ThgBrTRPwVmwww?+-=kg/s5、水蒸气吸收的热量为：dTmQTTww?-?+=21)105345.06878.1(3)(102672.0)(6878.12122312TTTTmw-?+-=-6、干空气的定压比热为：)()(121221TTmQQTTmQCpmgwggTT-=-=KJ/(kgK)根据上式计算得到的实验结果以如下形式表示出：1列表表示平均比热容与温度的关系；2用作图法或最小二乘法确定常数a和b值，用方程式表示空气的定压比热容与温度的关系。实验操作应注意如下事项：1、电加热器不应在没有气流通过比热仪本体时加热；2、加热和冷却要缓慢，防止比热仪本体因温度突然变化和受热不均匀而破裂。实验结束时，应先停止加热，并让风机继续运行10分钟；3、测定实验数据时，必须等状况稳定后才能读数。五、考虑题1、用实验结果讲明电加热器辐射热损失的影响；2、分析实验误差的因素。空气定压比热试验记录表格