二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验
实验十六 二氧化碳临界状态观测及p
实验十六二氧化碳临界状态观测及p-V-T关系测定一、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、加深对理论课所讲的工质的热力学状态：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，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。
4、学会活塞式压力计，恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。
二、实验原理对于真空气体，因分子间引力的作用，若把实验温度降到一定程度后，将会出现液化现象，如果对真空气体的pVT行为作一完整的测定。
就能进一步反应出真空气体的液化过程及另一重要的物理性质——临界点。
如图1所示，以CO2为例所测的p-V标准曲线图，分析真实气体的性质。
图1 CO2的P—V关系图对理想气体p-V m图上的恒温线应为“pV m= RT = 常数”的曲线，不同温度只是对应的常数不同而已。
然而，对于真空气体，恒温线一般分为三种类型：即T > T c、T = T c、T < T c （T c为临界温度）。
对CO2来说，分类的的温度界线是31.1℃。
对简单可压缩系统，当工质处于平衡状态时，其状态分布函数p、V之间有：f ( p、V、T )= 0，或T =( p、V )。
本实验就是根据上式，采用等温方法来测定CO2的p、V之间的关系从而找出CO2的p-V-T的关系。
三、实验设备及说明1、整个实验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩三大部分组成，如图二所示。
图2 CO2试验系统图1-恒温水浴2-恒温水套3-温度计4-承压玻璃管（水银、CO2）5-摇把6-压力计7-油杯阀门进8-进本体油路的控制阀门9-压力表阀门10-高压容器11-油缸2、实验中由压力台送来的压力油进入高压容器的玻璃杯上部，有水银进入预先装带CO2气体的承压玻璃管CO2被压缩。
其中容积是通过压力台上的活塞杆的进退来调节，温度由恒温器供水夹套里的水温来调节。
3、实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出，温度由插在恒温水套中的温度计读出。
二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定试验
气液相平衡实验
一、实验目的
1、掌握常压下互溶体系汽液平衡数据的测试方法。
2、用阿贝折光仪分析汽、液相组成：确定液相组成的活度系数与组成的关系。
二、实验原理
用循环法测量互溶体系汽液平衡数据，溶液在蒸馏器A中加热沸腾。
产生的蒸馏经过蒸汽导管冷凝在接收器B中，又经过液体导管返回蒸馏器A中蒸馏，故此循环，最终达到一个稳定状态，此时蒸馏器A中产生的组成和量恒定不变，蒸馏器的沸腾温度也不会变，即达到了汽液平衡的温度，称为平衡温度，分别从蒸馏器和接受器中取样分析其浓度即得到平衡液相和汽相的组成。
溶液的组成采用测折光率的方法分析。
折光率是物质的一个特征数值，溶液的折光率与组成，温度有关。
因此预先通过测定已知浓度的溶液在一定温度下的光率，做出折射率，组成工作曲线，然后再由汽液平衡样品的折射率从曲线上内插确定浓度。
二、实验设备。
二氧化碳PVT关系的测定
实验3 二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定一．实验目的1．观测CO2临界状态现象，增加对临界状态概念的感性认识；2．加深对纯流体热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临流体等基本概念的理解；测定CO2的PVT数据，在PV图上绘出CO2等温线；3．掌握低温恒温浴和活塞式压力计的使用方法。
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）。
纯物质所处的温度高于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)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。
三．实验装置流程和试剂实验装置由试验台本体、压力台和恒温浴组成（图 2-3-1）。
试验台本体如图2-3-2所示。
实验装置实物图见图2-3-3。
实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部,迫使水银进入预先装有高纯度的CO2气体的承压玻璃管(毛细管),CO2被压缩,其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进退来调节。
温度由恒温水套的水温调节，水套的恒温水由恒温浴供给。
CO2的压力由压力台上的精密压力表读出（注意：绝对压力=表压+大气压），温度由水套内精密温度计读出。
比容由CO2柱的高度除以质面比常数计算得到。
试剂：高纯度二氧化碳。
1。
二氧化碳PVT关系的测定
实验3 二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定一．实验目的1．观测CO2临界状态现象，增加对临界状态概念的感性认识；2．加深对纯流体热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临流体等基本概念的理解；测定CO2的PVT数据，在PV图上绘出CO2等温线；3．掌握低温恒温浴和活塞式压力计的使用方法。
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（T C）和最高压力点（P C）。
纯物质所处的温度高于T C，则不存在液相；压力高于P C，则不存在汽相；同时高于T C和P C，则为超临界区。
本实验测量T<T C，T = T C和T>T C三种温度条件下等温线。
其中T<T C等温线，为一光滑曲线；T = T C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<T C 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：(PV=fV,)T,P(F=或)T,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。
三．实验装置流程和试剂实验装置由试验台本体、压力台和恒温浴组成（图 2-3-1）。
试验台本体如图2-3-2所示。
实验装置实物图见图2-3-3。
实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部,迫使水银进入预先装有高纯度的CO2气体的承压玻璃管(毛细管),CO2被压缩,其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进退来调节。
温度由恒温水套的水温调节，水套的恒温水由恒温浴供给。
CO2的压力由压力台上的精密压力表读出（注意：绝对压力=表压+大气压），温度由水套内精密温度计读出。
比容由CO2柱的高度除以质面比常数计算得到。
试剂：高纯度二氧化碳。
图2-3-1 CO2PVT关系实验装置图2-3-2 试验台本体1.高压容器2-玻璃杯3-压力油4-水银5-密封填料6-填料压盖7-恒温水套8-承压玻璃管9-CO210-精密温度计图2-3-3 CO2PVT实验装置实物图四、实验操作步骤1．按图2-3-1装好试验设备。
二氧化碳临界状态观测及pvT关系试验课件
结果分析
分析测试数据，得出 PVT关系曲线和相关 参数。
CHAPTER 04
二氧化碳临界状态与pvt关系 的联系
二氧化碳临界状态对pvt关系的影响
相变压力变化
在二氧化碳的临界点，气液相的 压力趋于一致，导致pvt关系发生
显著变化。
密度和体积变化
随着温度和压力的增加，二氧化碳 的密度和体积在临界点附近有突变 ，对pvt关系产生影响。
二氧化碳临界状态的定义
定义
重要性
二氧化碳临界状态是指气体在一定温 度和压力下，达到饱和状态后，无法 继续溶解或液化，呈现一种特殊的物 理状态。
二氧化碳临界状态在气体压缩、制冷 、能源利用等领域具有广泛应用，对 于热力学研究和工业应用具有重要意 义。
特征
在临界状态下，二氧化碳的密度、粘 度、热导率等物理性质发生显著变化 ，表现出与常规气体状态不同的特性 。
工业应用
在实际工业过程中，掌握二氧化 碳的临界状态和pvt关系有助于 优化生产过程，降低能耗和排放
。
CHAPTER 05
结论
研究成果总结
二氧化碳临界状态观测
通过实验，我们成功观测到了二氧化碳在临界状态下的物理特性。实验数据显示，二氧化 碳在临界点附近表现出显著的温度和压力变化，这验证了相变现象的存在。
温度传感器
用于测量温度。
高压PVT测试仪
用于模拟不同压力 和温度下的PVT关 系测试。
压力传感器
用于测量压力。
待测流体
石油、天然气或相 关流体。
试验步骤
准备样品
将待测流体盛装在样 品容器中。
设定参数
设定所需的压力和温 度参数。
开始测试
启动高压PVT测试仪 进行测试。
二氧化碳临界状态观测及P-V-T的测定实验
室温：25℃大气压：Mpa 组别：第 组姓名：说明：2、温度为31.3℃，在第17个测量点，压力为7.25MPa（绝压）附近接近临界点出现临界现象。
实验一：二氧化碳临界状态观测及P-V-T的测定实验实验日期： 2011年 月 日1、温度为26.3℃，在第14个测量点，压力为6.5MPa附近出现第一滴液体。
饱和液体饱和气体压力= 6.0031MPa压力= 6.0031MPa温度=22℃温度=22℃密度=750.7685kg/m3密度=211.084kg/m3比容= 1.33E-03m3/kg比容= 4.74E-03m3/kg比焓= 262.9275kJ/kg比焓=403.2648kJ/kg比熵= 1.2105kJ/(kg·℃)比熵= 1.686kJ/(kg·℃)定容比热= 1.0279kJ/(kg·℃)定容比热= 1.109kJ/(kg·℃)定压比热= 4.8464kJ/(kg·℃)定压比热= 5.5186kJ/(kg·℃)内能= 254.9316kJ/kg内能=374.8255kJ/kg音速= 314.0765m/s音速=193.6393m/s导热系数= 0.0834W/(m·℃)导热系数=0.0375W/(m·℃)动力粘度= 6.27E-05Pa·s运动粘度= 1.88E-05Pa·s运动粘度= 8.35E-08m2/s动力粘度=8.93E-08m2/s介电常数= 1.4522介电常数= 1.113室温：℃大气压：Mpa 组别：第 组姓名：说明：2、温度为31.3℃，在第26个测量点，压力为8.00MPa（绝压）附近接近临界点出现临界现象。
实验一：二氧化碳临界状态观测及P-V-T的测定实验实验日期： 2011年 月 日1、温度为22℃，在第16个测量点，压力为6.0MPa附近出现第一滴液体。
饱和液体饱和气体压力= 6.0031MPa压力= 6.0031MPa标准比容温度=22℃温度=22℃0.002139密度=750.7685kg/m3密度=211.084kg/m3比容= 1.33E-03m3/kg比容= 4.74E-03m3/kg比焓= 262.9275kJ/kg比焓=403.2648kJ/kg比熵= 1.2105kJ/(kg·℃)比熵= 1.686kJ/(kg·℃)定容比热= 1.0279kJ/(kg·℃)定容比热= 1.109kJ/(kg·℃)定压比热= 4.8464kJ/(kg·℃)定压比热= 5.5186kJ/(kg·℃)内能= 254.9316kJ/kg内能=374.8255kJ/kg音速= 314.0765m/s音速=193.6393m/s导热系数= 0.0834W/(m·℃)导热系数=0.0375W/(m·℃)动力粘度= 6.27E-05Pa·s运动粘度= 1.88E-05Pa·s运动粘度= 8.35E-08m2/s动力粘度=8.93E-08m2/s介电常数= 1.4522介电常数= 1.113。
二氧化碳临界现象观测及pvt关系的测定
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二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定
二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定一．实验目的1.测定二氧化碳的P-V-T关系，观察临界现象，测定其临界参数（P_C、V_C、T_C）；2.测定二氧化碳在不同压力下饱和蒸汽和饱和液体的比容；3.测定二氧化碳饱和温度和饱和压力的对应关系。
二．技术参数1.高压容器用45号钢一次性加工成型，表面采用镀铬处理，内部装有玻璃容器；2.白色透明有机玻璃保护罩，35cm×35cm×70.5cm；3.照明日光灯：节能灯管，功率：15W色调RR；4.压力校验仪：配有压力表、油杯、检验压力范围0-60MPa，基本误差：实际测量值的±0.05%，可设定最高压力，比容：0.001～0.012m^3⁄kg；5.精密压力表：型号DAYOUU-150,表盘同时显示MPa测量范围0-16MPa和kgf/cm²测量范围0-160kgf/cm²基本误差±0.4%；6.恒温水箱：白色12mm厚PP板制作而成，外形尺寸：33cm×22cm ×32cm，内设两根1000W的加热棒和铜-康铜的热电偶，温度显示分辨率0.1℃，恒温水箱可调节控温，控温精度±1℃；7.温度传感器：铜-康铜的热电偶，测温范围-40～133℃，Ⅰ级精度，数显温度表温度显示分辨率0.1℃；8.制冷系统：实验台配备压缩机制冷系统，可提供0-50℃实验所需水温，制冷机组可快速降温，降温温度可以自行设定低于环境的实时温度。
制冷系统配备1HP制冷压缩机，环保氟利昂/R134a，制冷剂压力表、高低压断路器、毛细管、制冷系统铜管、钛合金蒸发器盘管、风冷冷凝器；9.循环水泵：供恒温水循环用，交流220V、流量：600L/H 扬程7M，电机功率28.8W；10.温控仪：输出规格采用4～20mA；11.刻度管最小分度值：1mm；12.装置外形尺寸：1180×630×1590mm。
二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系实验
实验十二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系实验一,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的关系的测定方法,学会用实验测量气体状态及状态变化规律的方法和技巧.4.学会活塞式压力计,恒温器等部分热工仪器的正确使用方法.二,实验内容1.测定CO2的p-v-T关系.在p-v坐标图中绘出低于临界温度(t=20℃),临界温度(t=℃)和高于临界温度(t=50℃)的三条等温曲线,并与标准实验曲线及理论计算值相比较,分析差异原因.2.测定CO2在低于临界温度时(t=20℃和t=25℃)饱和温度与饱和压力之间的对应关系,并与图中绘出的ts - ps曲线比较.3.观测临界状态(1)临界乳光.(2)临界状态附近汽液两相模糊的现象.(3)汽液整体相变现象.(4)测定CO2的临界参数tc,pc,vc,并将实验所得的vc 值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较,简述其差异原因.三,实验设备及原理1.整个实验装置由压力台,恒温器和实验台本体及其防护罩三大部分组成,如图10-1所示.图10-1 CO2实验台系统图2.实验台本体如图10-2所示,其中1—高压容器;2—玻璃杯;3—压力油;4—水银;5—密封填料;6—填料压盖;7—恒温水套;8—承压玻璃管;9—CO2空间;10—温度计.3.对简单可压缩热力系统,当工质处于平衡状态时,其状态参数p,v,T有:F(p, v, T)=0或 t=f(p, v) (10-1)本实验就是根据式(10-1),采用定温方法来测定CO2的p-v关系,从而找出CO2的p-v-T关系.4.实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部,迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管.CO2被压缩,其压力和容积通过压台上的活塞杆的进,退来调节,温度由恒温器供给的水套里的水温来调节.5.实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出(如果提高精度可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出,并考虑水银柱高度的修正).温度由插在恒温水套中的温度计读出.比体积首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量,然后再根据承压玻璃管内径均匀,截面积不变等条件换算得出.四,实验步骤1.按图装好实验设备,并开启实验台本体上的日光灯.2.使用恒温器调定温度(1)将蒸镏水注入恒温器内,注至离盖3-5cm为止,检查并接通电路,开动电动泵,使水循环对流.(2)旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁调动凸轮示标,使凸标上端面与所要确定的温度一致,要将帽形磁铁用横向螺钉锁紧,以防转动.(3)视水温情况,开关加热器,当水温未达到要调定的温度时,恒温器指标灯是亮的,当指标灯时亮时暗闪动时,说明温度已达到所需恒温.(4)观察玻璃水套上两支温度计,若其读数相同且与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时(或基本一致)则可(近似)认为承压玻璃管内CO2的温度处于所标定的温度.(5)当需要改变试验温度时,重复(2)-(4)即可.3. 加压前的准备:因为压力台的油缸容量比主容器容量小,需要多次从油杯里抽油,再向主容器充油,才能在压力表上显示压力读数.压力台抽油,充油的操作过程非常重要,若操作失误,不但加不上压力还会损坏实验设备,所以务必认真掌握其步骤如下:(1)关闭压力表及进入本体油路的两个阀门,开启压力台上油杯的进油阀.图10-2 实验台本体(2)摇退压力台上的活塞螺杆,直至螺杆全部退出,这时压力台油缸中抽满了油.(3)先关闭油杯前期门,然后开启压力表和进入本体油路的两阀门.(4)摇进活塞螺杆,经本体充油,如此交复,直至压力表上有压力读数为止.(5)再次检查油杯阀门是否关好,压力表及本体油路阀门是否开启,即可进行实验.4.做实验的原始记录及注意事项(1)设备数据记录:仪器:仪表的名称,型号,规格,量程,精度.(2)常规数据记录:室温,大气压,实验环境情况等.(3)测定承压玻璃管内CO2的质面比常数K值.由于充进承压管内的CO2质量不便测量,而玻璃管内径或截面积A又不易测准,因而实验中是采用间接办法来确定CO2的比体积,认为CO2比体积v与其高度是一种线性关系,具体如下:a)已知CO2溶液在20℃,10MPa时的比体积v(20℃,10MPa)=kgb)如前操作,实测本CO2在20℃,10MPa时的CO2液柱高度 h(m)(注意玻璃水套上刻度的标记方法).c)由a)可知:∵v(20℃, 10 MPa)mhA= = kgm/∴)/(3mkgKhAm==故任意温度,压力下CO2的比体积为)/(/3kgmKhAmhv==式中: 0hhh =h —任意温度,压力下的水银柱高度h0 —承压玻璃管内径顶端刻度(4)实验中应注意以下几点:a)做各条定温线时,实验压力p≤10MPa实验温度t≤50 (℃).b)一般,取h时压力间隔可取但在接近饱的状态时和临界状态时,压力间隔应取为 MPa.c)在实验中读取水银柱液面高度的读数时要注意使视线与水银柱半圆型液面的中部相齐.5.测定低于临界温度t=20℃时的定温线(1)将恒温器调到t=20℃并保持恒温.(2)压力记录从开始,当玻璃管内水银升起来后,应缓慢地摇进活塞螺杆,保证定温条件,否则来不及平衡,读数不准.(3)按照适当的压力间隔取h值直至压力p=10MPa.(4)注意加压后,CO2的变化,特别是注意饱和压力与饱和温度的对应关系,液化,汽化等现象,要将测得的实验数据观察到的现象一并填入表1.(5)测定t=25℃,t=27℃下饱和温度与饱和压力的对应关系.6.测定临界等温线和临界参数,临界现象观察(1)仿照5的方法测出临界等温线,并在该曲线的零点处找出临界压力pc和临界比体积vc,将数据填入表1.(2)临界现象观察a)临界乳光现象保持临界温度不变,摇进活塞杆使压力升至附近处,然后突然摇退活塞杆(注意勿使实验台本体晃动)降压,在此瞬间玻璃管内将出现圆锥状的乳白色的闪光现象,这就是临界乳光现象,这是由于CO2分子受重力场作用沿高度分布不均和光的散射所造成的,可以反复几次,来观察这一现象.b)整体相变现象由于在临界点时,汽化潜热为零,饱的汽线和饱和液线合于一点,所以此时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样表现为一个渐变的过程,而是当压力稍有变化,汽,液即以突变的形式相互转化.c)汽,液两相模糊不清现象处于临界点时CO2是气态还是液态的如果说它是气体,那么这个气体是接近于液态的气态;如果说它是液体,那么这个液体又是接近气态的液体.下面就用实验来证明这个结论.因为这时是处于临界温度下,如果按等温线过程进行来使CO2压缩或膨胀,那么管内是什么也看不到的.现在我们按绝热过程来进行.首先在压力等于附近,突然降压,CO2状态点由等温线沿绝热线降到液区,管内CO2出现了明显的液面,这就说明,如果这时管内的CO2是气体的话,那么这种气体离液区很接近,可以说是接近液态的气体;当我们在膨胀之后,突然压缩CO2时,这个液面又立即消失了,这就告诉我们这时CO2液体离气区也是非常近的,可以说是接近气态的液体,即此时的CO2既接近气态又接近液态,处于临界点附近.可以这样说:临界状态下饱和汽,液分不清.这就是临界点附近饱和汽液模糊不清的现象.7.测定高于临界温度t=50℃时的等温线,要将数据填入表1.表1 CO2等温实验原始记录t=20℃ t=℃(临界) t=50℃p(MPa) hKhv=现象 p(MPa) hKhv=现象p(MPa) hKhv=现象5…10做出各条等温线所需时间分钟分钟分钟五,绘制等温曲线并比较1.按表1的数据,仿照图10-3在p-v 图上绘出三条等温线.2.将实验测得的等温线与图10-3所示的标准等温线比较;并分析之间的差异及原因.3.将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应值与图10-4绘出的ts-ps曲线相比较.4.将实验测定的临界比体积vc与理论计算值一并填入表2并分析其间的差异及原因.图10-3表2 临界比体积vc[m3/kg]标准值实验值cccpRTv=cccpRTv83=图10-4 CO2饱和温度与饱和压力关系曲线六,实验报告1.简述实验原理及过程.2.各种数据的原始记录.3.实验结果整理后的图表.4.分析比较等温曲线的实验值与标准值之间的差异及原因,分析比较临界比体积的实验值与标准值及理论计算之间的差异及原因.5.实验收获及改进意见.。
二氧化碳临界状态观测及p-v-T关系试验
实验结果处理(1)－表１
T = 20C p(MPa) 4.41 △h v=△h/k 现象 p(MPa) T = 31.1C(临界) △h v=△h/k 现象 p(MPa) △h T = 50C v=△h/k 现象
4.90
... ... ... ... ...
9.80 做出各条等温线所需时间
分钟
二氧化碳临界状态观测 及p-v-T关系测定实验
实验目的
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 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 掌握CO2的p-v-T关系的测定方法，学会用实验测 定实际气体状态变化规律的方法和技巧 学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正
实验步骤(6)
测定临界等温线和临界参数，临界现象观察 测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界 压力pc和临界比容vc 临界现象观察
a 整体相变现象
由于在临界点时，汽化潜热等于零，饱和汽线和饱和液线 合于一点，所以这时汽液的相互转变不是像临界温度以下那 样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变的过程，而 这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化
确使用方法
实验原理(1)
在准平衡状态下，工质的压力P、比容V和温度T 之间存在某种确定关系，即状态方程
F ( P,V , T ) 0
理想气体的状态方程具有最简单的形式
PV RT
实验原理(2)
实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各 种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来 （虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映P、 V、T之间关系的实际气体的状态方程）.因此，具 体测定某种气体的P、V、T关系，并将实测结果表 示在坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效 的研究气体工质热力性质的方法 在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数 关系，故具体测定时有必要保持某一个状态参数 为定值，本实验就是在保持温度T不变的条件下进 行的
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实 验 报 告 评分
13系 07级 第二大组 实验室力一楼 日期2010-03-24 姓名 钟伟PB07013076
实验题目：二氧化碳临界状态观测及P-V-T 关系测定实验
实验目的：了解2CO 临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识
加深对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解
掌握2CO 的p-v -t 关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧 学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。
实验原理和装置:
整个实验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图所示）。
试验台本体如图所示。
对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p 、v 、t 之间有： ()0,,=t v p E 或 ()v p f t ,= (1)
本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定2CO 的p-v 之间的关系，从而找出2CO 的p-v -t 关系。
实验中，由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了2CO 气体的承压玻璃管，2CO 被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。
温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。
实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出。
温度由插在恒温水套中的温度计读出。
比容首先由承压玻璃管内二
图 2
1 – 高压容器
2 – 玻璃杯
3 – 压力油
4 – 水银
5 – 密封填料
6 – 填料压盖
7 – 恒温水套
8 – 承压玻璃管
9 – CO2空间 10 – 温度计。
恒温水
恒温水
氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出。
实验步骤：
1. 按图1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯
2. 恒温器准备及温度调定
① 将蒸镏水注入恒温器内，注至离盖30~50mm 。
检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。
② 旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。
③ 视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需恒温。
④ 观察玻璃水套上的温度计，若其读数与恒温器上的温度计及电接点温度计标定的温度一致时（或基本一致），则可认为承压玻璃管内的2CO 的温度处于所标定的温度。
3. 加压前的准备
1) 关压力表及其进入本体油路的两个阀门，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。
这时，压力台油缸中抽 满了油。
3) 先关闭油杯阀门,开启压力表和进入本体油路的两个阀门。
4) 摇进活塞螺杆，使本体充油。
如此反复，直至压力表上有压力读数为止。
5) 再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。
若均已 调定后，即可进行实验。
4. 测定低于临界温度t=20℃时的定温线
a. 将恒温器调定在t=20℃，并保持定温线；
b. 压力从4.41MPa 开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进活 塞螺杆，以保证定温条件。
否则，将来不及平衡，使读数不准；
c. 按照适当的压力间隔取h 值，直到压力p=9.8MPa 。
测定t=25℃，t=27℃时其饱和温度和饱和压力的对应关系。
测定临界等温线和临界参数，并观察临界现象。
按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力c P 和临界比容c v 。
实验处理：
0h -承压玻璃管内径顶端刻度0h =3.3mm
mm
h 4.23.37.50=-=∆
230/051282051.200117.0/104.200117.0/m kg h K =⨯=∆=- =v K h ∆
根据以上数据画出等温线如下：
2.将实验测得的等温线与图4所示的标准等温线比较，并分析它们之间的差异及 其原因。
分析：与标准曲线相比，可以看出，实验所得图形是有误差的，当然这是不可避免得。
但是就总体趋势上来看，还是比较符合得。
C 020时，实验所得曲线是没有那么平坦的直线的，这与实验所测得的点数是不无关系的，从总体上，可以断言，如果测得数据较密集的话，应该能够到比较理想的曲线。
C 01.31时，同样，在拐点处的曲线没有测量到位。
C 035时，实验遇到同样的问题。
总体上，基于实验的误差，实验得到的曲线一定程度上可以反映2CO 临界状态的现象和相关过程。
3.CO2饱和温度和压力关系曲线
标准曲线 思考问题：
1.实验中为什么要保持加压或降压过程的缓慢进行？
答：加压或降压过程的缓慢进行，以保证定温条件。
否则，将来不及平衡，使读数不准。
2.分析实验中有哪些因素会带来误差？
答：实验过程中，要求保持定温条件，但明显该条件很难满足；仪器的读数是在内管中，给读数造成极大地不便，当然也给实验结果造成一定程度的影响；实验要求稳定后再读数，实验中有时没达到稳态，读数会有误差。
将实验测定的临界比容c v 与理论计算值一并填入表2，并分析它们之间的差异及其原因。
表2 临界比容[
]Kg
m v c 3
标准值
实验值
c c c P RT v =
83=c v /c c RT P
由计算结果可知：理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较
δ≈
首先实验值最接近标准值，相对误差仅为14.35%
δ≈
其次为根据范德瓦尔方程计算的理论值，相对误差为21.76%
δ≈
最后根据理想气体状态方程得到的理论值偏差最大，约为224.54%
原因如下：
1.按照理想气体状态方程式，定质量气体等温变化时pV=常数（或=常数），但实际气体仅在压力较低、温度较高的情况下近似满足此关系，而且气体的压力愈高、温度愈低，这一偏差愈大，因此需要适用于实际气体的状态方程式来描述气体p-v-T之间的关系。
而范德瓦尔方程式就是考虑分子间相互引力及分子本身大小后用来修正的方程，故会比其精确。
2.读数时由于状态存在突然相变，模糊不清，故压力表读数不好控制，而h∆读数相对容易，更精确些，故实验值比理论计算值更接近于标准值。