热工学实践试验报告全讲述讲解

2016 年热工学实践实验内容实验 3 二氧化碳气体P-V-T 关系的测定一、实验目的1. 了解 CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态概念的感性认识。2. 巩固课堂讲授的实际气体状态变化规律的理论知识，加深对饱和状态、临界状态等基本概念的理解。3. 掌握 CO2 的 P-V-T 间关系测定方法。观察二氧化碳气体的液化过程的状态变化，及经过临界状态时的气液突变现象，测定等温线和临界状态的参数。二、实验任务1．测定 CO2气体基本状态参数P-V-T 之间的关系， 在 P— V 图上绘制出t 为 20℃、31.1 ℃、 40℃三条等温曲线。2．观察饱和状态，找出t 为 20℃时，饱和液体的比容与饱和压力的对应关系。3．观察临界状态，在临界点附近出现气液分界模糊的现象，测定临界状态参数。4．根据实验数据结果，画出实际气体P-V-t 的关系图。三、实验原理1. 理想气体状态方程：PV = RT 实际气体：因为气体分子体积和分子之间存在相互的作用力，状态参数（压力、温度、比容）之间的关系不再遵循理想气体方程式了。考虑上述两方面的影响，1873 年范德瓦尔对理想气体状态方程式进行了修正，提出如下修正方程：RTbvvap2（3-1 ）式中 : a / v2是分子力的修正项；b 是分子体积的修正项。修正方程也可写成 : 0)(23abavvRTbppv（3-2 ）它是 V 的三次方程。随着P 和 T 的不同， V可以有三种解：三个不等的实根；三个相等的实根；一个实根、两个虚根。1869 年安德鲁用CO2 做试验说明了这个现象，他在各种温度下定温压缩CO2 并测定 p 与v，得到了P— V 图上一些等温线，如图2— 1 所示。从图中可见，当t >31.1℃时，对应每一个 p，可有一个v 值，相应于（ 1）方程具有一个实根、两个虚根；当t =31.1 ℃时，而 p = pc时，使曲线出现一个转折点C即临界点， 相应于方程解的三个相等的实根；当 t <31.1 ℃时，实验测得的等温线中间有一段是水平线（气体凝结过程），这段曲线与按方程式描出的曲线不能完全吻合。这表明范德瓦尔方程不够完善之处，但是它反映了物质汽液两相的性质和两相转变的连续性。2．简单可压缩系统工质处于平衡状态时，状态参数压力、温度和比容之间有确定的关系，可表示为： F（P，V，T） = 0 或 v= f(P,T) 可见， 保持任意一个参数恒定，测出其余两个参数之间的关系，就可以求出工质状态变化规律。如维持温度不变，测定比容与压力的对应数值，就可以得到等温线的数据。图 3--1 二氧化碳...