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热工学实践试验报告全讲述讲解

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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...

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