教學(xué)設(shè)備

二氧化碳臨界狀態(tài)觀測(cè)及P-V-T關(guān)系測(cè)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 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、加深對(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(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CO2在低于臨界溫度時(shí)（t=25℃、27℃）飽和溫度和飽和壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與圖四中的ts—s曲線比較。
3、觀測(cè)臨界狀態(tài)。
（1）臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊的現(xiàn)象。
（2）汽液整體相變現(xiàn)象。
（3）測(cè)定CO2的tc、c、vc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)裝置由壓力計(jì)、恒溫水槽和試驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩等三大部分組成
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：
F=（P,V,t）=0
或        t=f（P,V）                （1）
本試驗(yàn)是根據(jù)式（1），采用定溫方法來(lái)測(cè)定CO2的P—V之間的關(guān)系，從而找出CO2的P－V－t關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)中，由壓力計(jì)送來(lái)的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入予先裝了CO2氣體的承壓玻璃管，CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓力計(jì)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，由裝在壓力計(jì)上的壓力表讀出（如要提高精度，可由加在活塞轉(zhuǎn)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熱電偶測(cè)定。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，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面不變等條件換算得出。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、按圖一裝好試驗(yàn)設(shè)備，并開啟試驗(yàn)本體上的日光燈。
2、恒溫器準(zhǔn)備及溫度調(diào)定。
（1）將蒸餾水注入恒溫器內(nèi)，注至離蓋30～50㎜。檢查并接通電路。開動(dòng)電動(dòng)泵，使水循環(huán)對(duì)流。
（2）視水溫情況，開、關(guān)加熱器，當(dāng)水溫未達(dá)到調(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)，說明溫度已達(dá)到所需恒溫。
（3）觀察玻璃水套上的溫度計(jì)，若其讀數(shù)與恒溫器上的溫度計(jì)及電接點(diǎn)溫度計(jì)標(biāo)定的溫度一致時(shí)（或基本一致）,則可（近似）認(rèn)為承壓玻璃管內(nèi)的CO2的溫度處于所標(biāo)定的溫度。
（4）當(dāng)需要改變?cè)囼?yàn)溫度時(shí)，重復(fù)（2）～（4）即可。
3、加壓前的準(zhǔn)備。
因?yàn)閴毫τ?jì)的油缸容量比主容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力計(jì)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(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，開啟壓力計(jì)上油杯的進(jìn)油閥。
（2）搖退壓力計(jì)上的活塞螺桿,直至螺桿全部退出。這時(shí)，壓力計(jì)油缸中抽滿了油。
（3）先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門。
（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讀數(shù)為止。
（5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
4、做好實(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、精度。
（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的質(zhì)面比常數(shù)K值。
由于充進(jìn)承壓玻璃管內(nèi)的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。具有如下方法：
a）已知CO2液體在20℃，9.8 Mpa時(shí)的比容V（20℃，9.8 Mpa）=0.00117 m³/Kg
b）實(shí)際測(cè)定試驗(yàn)臺(tái)在20℃，9.8 Mpa時(shí)的CO2液柱高度△ho(m)。（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）