二氧化碳臨界狀態觀測及P-V-T關系測定

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、加深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在低于臨界溫度時（t=25℃、27℃）飽和溫度和飽和壓力之間的對應關系，并與圖四中的ts—s曲線比較。
3、觀測臨界狀態。
（1）臨界狀態附近汽液兩相模糊的現象。
（2）汽液整體相變現象。
（3）測定CO2的tc、c、vc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較，簡述其差異原因。
三、實驗設備及原理
整個實驗裝置由壓力計、恒溫水槽和試驗臺本體及其防護罩等三大部分組成
對簡單可壓縮熱力系統，當工質處于平衡狀態時，其狀態參數P、V、t之間有：
F=（P,V,t）=0
或        t=f（P,V）                （1）
本試驗是根據式（1），采用定溫方法來測定CO2的P—V之間的關系，從而找出CO2的P－V－t關系。
實驗中，由壓力計送來的壓力油進入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進入予先裝了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，由裝在壓力計上的壓力表讀出（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熱電偶測定。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管內徑均勻、截面不變等條件換算得出。
四、實驗步驟
1、按圖一裝好試驗設備，并開啟試驗本體上的日光燈。
2、恒溫器準備及溫度調定。
（1）將蒸餾水注入恒溫器內，注至離蓋30～50㎜。檢查并接通電路。開動電動泵，使水循環對流。
（2）視水溫情況，開、關加熱器，當水溫未達到調定的溫度時。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恒溫。
（3）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）認為承壓玻璃管內的CO2的溫度處于所標定的溫度。
（4）當需要改變試驗溫度時，重復（2）～（4）即可。
3、加壓前的準備。
因為壓力計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。壓力計抽油、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，開啟壓力計上油杯的進油閥。
（2）搖退壓力計上的活塞螺桿,直至螺桿全部退出。這時，壓力計油缸中抽滿了油。
（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、做好實驗的原始記錄
（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的質面比常數K值。
由于充進承壓玻璃管內的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。具有如下方法：
a）已知CO2液體在20℃，9.8 Mpa時的比容V（20℃，9.8 Mpa）=0.00117 m³/Kg
b）實際測定試驗臺在20℃，9.8 Mpa時的CO2液柱高度△ho(m)。（注意玻璃水套上刻度的標記方法）