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文档简介

工程热力学实验1实验一二氧化碳临界现象观测及p-υ-t

关系实验

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.加深对课堂所讲的工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3.掌握CO2的p-v-t关系的测定方法学会用实际气体状态变化规律方法和技巧。4.学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确方法。2二.实验原理纯物质的临界点表示汽液二相平衡共存的最高温度(TC)和最高压力点(PC)。纯物所处的温度高于TC,则不存在液相;压力高于PC,则不存在汽相;同时高于TC

和PC,则为超临界区。本实验测量T<TC,T=TC和T>TC

三种温度条件下等温线。其中T>TC

等温线,为一光滑曲线;T=TC

等温线,在临界压力附近有一水平拐点,并出现汽液不分现象;T<TC等温线,分为三段,中间一水平段为汽液共存区。对纯流体处于平衡态时,其状态参数P、V和T存在以下关系:

F(P,V,T)=0或V=f(P,T)

3由相律,纯流体,在单相区,自由度为2,当温度一定时,体积随压力而变化;在二相区,自由度为1,温度一定时,压力一定,仅体积发生变化。本实验就是利用定温的方法测定CO2的P和V之间的关系,获得CO2的P-V-T数据4三.实验装置

整个实验装备由压力台,恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组。51.按图装好试验设备。2.接通恒温浴电源,调节恒温水到所要求的实验温度(以恒温水套内精密温度计为准)。3.加压前的准备——抽油充油操作(1)关闭压力表下部阀门和进入本体油路的阀门,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。此时压力台上油筒中抽满了油。(3)先关闭油杯的进油阀,然后开启压力表下部阀门和进入本体油路的阀门。(4)摇进活塞杆,使本体充油。直至压力表上有压力读数显示,毛细管下部出现水银为止。三.实验步骤

6(5)如活塞杆已摇进到头,压力表上还无压力读数显示,毛细管下部未出现水银,则重复(1)--(4)步骤。(6)再次检查油杯的进油阀是否关闭,压力表及其进入本体油路的二个阀门是否开启。温度是否达到所要求的实验温度。如条件均已调定,则可进行实验测定。4.测定承压玻璃管(毛细管)内CO2的质面比常数K值由于承压玻璃管(毛细管)内的CO2质量不便测量,承压玻璃管(毛细管)内径(截面积)不易测准。本实验用间接方法确定CO2的比容。假定承压玻璃管(毛细管)内径均匀一致,CO2比容和高度成正比。具体方法如下:(1)由文献,纯CO2液体在25℃,7.8MPa时,比容V=0.00124m3/kg;7(2)实验测定本装置在25℃,7.8MPa(注意:绝对压力=表压+大气压,表压大约为7.7MPa)时,CO2柱高度为Δh=h'−h0。式中,ho—承压玻璃管(毛细管)内径顶端的刻度(酌情扣除尖部长度),h’—25℃,7.8MPa下水银柱上端液面刻度。(注意玻璃水套上刻度的标记方法)(3)由25℃,7.8MPa下CO2比容:又如Δh为测量温度压力下CO2柱高度,则此温度压力下CO2比容,85.测定低于临界温度下的等温线(T=25℃)(1)将恒温水套温度调至T=25℃,并保持恒定。(2)逐渐增加压力,压力为4.0MPa左右(毛细管下部出现水银面)开始读取相应水银柱上端液面刻度,记录第一个数据点。读取数据前,一定要有足够的平衡时间,保证温度、压力和水银柱高度恒定。(3)提高压力约0.3MPa,达到平衡时,读取相应水银柱上端液面刻度,记录第二个数据点。注意加压时,应足够缓慢的摇进活塞杆,以保证定温条件,水银柱高度应稳定在一定数值,不发生波动时,再读数。(4)按压力间隔0.3MPa左右,逐次提高压力,测量第三、第四……数据点,当出现第一小滴CO2液体时,则适当降低压力,平衡一段时间,使CO2温度和压力恒定,以准确读出恰出现第一小液滴CO2时的压力。9(5)注蛛意此虚阶段喝,压桌力改锐变后CO可2状态严的变挑化,旬特别沟是测腰准出附现第歉一小拘滴CO与2液体四时的企压力袍和相身应水迅银柱脚高度昨及最忠后一陕个CO饥2小汽仰泡刚序消失刷时的用压力励和相名应水庄银柱围高度咏。此遗二点邻压力即改变策应很奋小,暖要交袖替进受行升蒙压和晨降压丑操作蝴,压扭力应浪按出舟现第细一小短滴CO估2液体拼和最女后一本个CO泥2小汽矿泡刚窜消失涨的具遍体条凑件进伏行调冠整。(6)当CO汪2全部史液化成后,须继续愁按压骑力间雄隔0.伙3M株Pa左右必升压吊,直到赔压力夏达到8.钻0M荷Pa为止迟(承袄压玻等璃管推最大尘压力死应小纯于8.唯0M衣Pa)。106.测悦定临携界等冻温线月和临堂界参椒数,营观察配临界拜现象(1)将洁恒温速水套滋温度糟调至T=包3收1.淹1℃,按命上述5的方碑法和鞭步骤宪测出淘临界堂等温呜线,注意缺在曲余线的慢拐点掘(P=拜7.巨37护6M恩Pa)附径近,赛应缓即慢调还整压记力(调点压间给隔可府为0.吐05柜MP鹿a),誉以较渔准确叫的确狱定临绳界压系力和糊临界弟比容救,较虾准确爬的描快绘出旧临界跑等温嚷线上女的拐胀点。(2)观驰察临食界现裁象a.临界脂乳光继现象保持雄临界茅温度懒不变,摇进妨活塞首杆使铺压力叉升至Pc附近奏处,然后球突然铁摇退绪活塞推杆(注意谨勿使膝试验仍台本期体晃让动)降压,在此辫瞬间旷玻璃旷管内盏将出沫现圆炭锥型兄的乳滨白色追的闪筹光现抛象,这就倚是临架界乳腹光现差象。卖这是残由于CO硬2分子粪受重聋力场弓作用壮沿高劲度分岩布不吼均和搂光的臭散射播所造退成的桥。可踪蝶以反缩慧复几翻次观结察这惹个现料象。11b.整体去相变看现象临界环点附速近时温,汽战化热倒接近尼于零免,饱盖和蒸伯汽线熟与饱世和液恶体线魔接近包合于烧一点臭。此珠时汽素液的暑相互都转变伟不象坐临界臂温度厘以下粒时那晚样逐伍渐积视累,透需要按一定酒的时垫间,培表现汉为一聪个渐楚变过殖程;饰而是胖当压竟力稍钳有变剪化时锅,汽差液是抽以突傅变的命形式钥相互蛙转化移。c.汽液校二相判模糊辰不清花现象处于面临界但点附甚近的CO核2具有侵共同迹的参备数(P,V,T),沫不能幅区别闸此时CO合2是汽余态还陡是液矮态。先调涌节压侄力处顶于7.编4M庆Pa临界壳压力剩)附护近,暑突然盈降压督(由遗于压酒力很叮快下嚼降,纲毛细宿管内挤的CO该2未能蔽与外屈界进次行充篇分的脏热交总换,虎其温待度下河降)砖,CO害2状态呀点不妻是沿跟等温勒线,慎而是据沿绝技热线尊降到旨二相听区,根管内CO劈燕2出现储了明阁显的按液面习。这监就是谣说,旬如果俯这时迷管内CO首2是气赵体的白话,土那么场,这页种气巨体离护液相菊区很蝴近,优是接预近液搁态的箩气体控;当凭膨胀恼之后疮,突兼然压槐缩CO情2时,璃这液崇面又依立即扬消失姓了。12这就舍告诉脸我们似,这咳时CO确2液体帅离汽折相区务也很惨近,裕是接袖近气石态的劫液体积。这翅时CO寇2既接教近气句态,绸又接似近液脂态,所鸽以只胜能是舅处于追临界储点附冶近。漠临界鹊状态交流体友是一脾种汽历液不白分的素流体搂。这济就是瞎临界独点附喂近汽凳液二讽相模煎糊不丝式清现品象。7.咏测定赵高于锋临界堆温度刊的等狸温线军(T煤=鹅35士℃)将恒榴温水欧套温英度调斑至T=愚35撤℃,按竞上述5相同朝的方姨法和咽步骤医进行过。13实验须一扔气软体定密压比产热容久测定丛实验一.膏实验侧目的1.了解落气体骆比热店测定南装置裂的基接本原霸理和莫构思斥。2.熟悉酷本实箩验中旺测温阵、测膀压、屯测热情、测突流量兆的方咽法。3.掌握王由基批本数疼据计莫算出家比热向值和黑比热院公式莫的方蒙法。4.分析余本实怨验产毫生误生差的威原因供及减磨小误善差的塑可能毙途径趋。14二.床实验岩原理在0-体30长0℃之间碗,空统气真脸实定铅压比凤热与蓄温度脑之间平进似守地有碌线性近关系抛:则温好度由t1至t2的过巩程中榆所需植要的索热量丑可表降示为磁:平均岁定压死比热御容则虾可表吹示为搁:若以狸(t1站+t池2)/2为横蜂坐标亩,罢为掀纵坐庄标,则可联根据需不同挥温度饿范围代的平赤均比古热确狮定截考距a和斜询率b,从而皂得出求比热泡随温勤度变幅化的窑计算冈式。15大气群是含周有水宰蒸气摄的湿但空气伸。当西湿空趟气气棕流由登温度t1加热菜到t2时,咬其中溜水蒸劫气的招吸热崭量可李用式正下式赤计算允:则干哪空气烟的平笼均定跃压比钻热容裹由下火式确裤定:16三.实验解设备1.整闻个实宽验装显置由统风机躲,流断量计舌,比骆热仪狮本体损,电犹功率难调节始及测幅量系矛统共间四部公分组阀成,膨如图嗓一所究示。2.比售热仪虑本体粉如图勇二所把示。茄由内水壁镀种银的岛多层揪杜瓦六瓶2、进责口温侨度计1和出押口温炭度计8(铂晴电阻可温度翻计或笼精度轨较高壶的水竭银温双度计巡寿)电旺加热占器3和均姻流网4,绝晨缘垫5,旋益流片6和混券流网7组成故。气耗体自包进口雕管引盒入,薪进口素温度霸计1测量赖其初石始温袭度,脾离开膛电加怕热器体的气从体经们均流药网4均流潮均温职,出剩口温归度计8测量域加热数终了望温度薄,后舰被引周出。般该比谎热仪驻可测30奔0℃以下气体馒的定工压比躁热。图二17四.岛实验德方法鸟及数抬据处窗理1.接印通电支源及肚测量鹅仪表拔,选挑择所思需的拢出口贼温度滑计插裂入混柿流网果的凹专槽中投。2.摘网下流摄量计案上的闯温度霉计,颜开动锹风机哑,调誉节节清流阀帐,使永流量撤保持别在额袍定值厕附近驳。3.将拿温度材计插妇回流斤量计敬,调巷节流葵量,懒使它疼保持份在额饲定值姥附近胡。逐书渐提抱高电袜压,之使出把口温概度升叛高至贪预计货温度[可以例根据帐下式奸预先窜估计乒所需寄电功袄率:W≈1遇2Δt/τ。式连中W为电安功率砖(瓦睡);Δt为进愤出口掀温度始差(最℃)品;τ为每饼流过10升空缠气所眼需时读间(叮秒)]。184.待疏出口叠温度棕稳定蜻后(甲出口旧温度愧在10分钟绞之内侮无变倡化或安有微烂小起哪伏,受即可冰视为精稳定盲),伶读出好下列千数据柱:每10升气炊体通福过流蔽量计酱所需荡时间仿(τ,秒易);堡比热磁仪进阿口温梅度(t1,棋℃)和插出口扎温度金(t2,澡℃);骗当时亚大气兼压力要(B,毫梢米汞沈柱)戴和流糖量计疼出口卫处的劈燕表压谨(Δh,毫米慢水柱加);沿电热着器的足电压尸(V,伏子)和无电流戏(I,毫覆安)么。5.据册流量肿计出恼口空戏气的剩干球斑温度努和湿租球温龄度,执从湿磁空气恩的焓呜湿图歌查出障含湿曾量(d,克/公斤君干昂空气忠),并计腿算出撕水蒸麦汽的敏容积搭成分饿。6.电郑热器讨消耗波的功妈率可园

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