热工基础与应用实验报告学校院系：天津大学机械工程学院指导教师：刘靖学生姓名：刘志伟准考证号：020209101147实验3二氧化碳气体P-V-T关系的测定一、实验目的1、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、加深对课堂所讲的有关工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解；3、掌握CO2的p-v-T关系测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧；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、实验内容本实验内容包括以下三个部分：1、测定CO2的p-v-T关系，在p-v图上画出低于临界温度（℃）、临界温度（℃）及高于临界温度（℃）的三条等温线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，分析产生差异的原因；2、测定CO2在低于临界温度时（20℃、25℃及27℃）饱和温度与饱和压力的关系；3、观测临界现象1）临界状态附近气液两相分界模糊的现象；2）气液整体相变现象；3）测定CO2的、、等临界参数，并将实验所得的值与由理想气体状态方程及范德瓦尔方程所得的理论值相比较，简述产生差异的原因。三、实验原理（1)蒸发、沸腾汽化是物质由液相变成气相的现象。蒸发是只在液体表面发生的缓慢的汽化现象。沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象。凝结物质由汽态转变为液态的过程。凝结的速度取决于空间蒸汽的压力。饱和状态液相气相动态平衡状态（1）饱和温度和饱和压力：处于饱和状态的汽、液温度相同，称为饱和温度ts，蒸汽的压力称为饱和压力psts上升，ps上升；ps上升，ts上升。结论：一定的饱和温度对应于一定的饱和压力，反之也成立，即两者间存在单值关系。水蒸汽定压生成过程中热量的计算水的定压预热阶段饱和水的定压汽化过程汽化潜热过热1kg水从1状态被加热到2状态所吸收的热量:5.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：（3-2）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:（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℃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℃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<℃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。本实验根据范德瓦尔方程，采用等温的方法来测定二氧化碳之间的关系，从而找出实际气体二氧化碳的关系。(1).实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯的上部，迫使水银进入预先装了二氧化碳气体的承压玻璃管。二氧化碳气体被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞螺杆的进、退来调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。(2).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。比体积通过CO2的高度来用间接方法度量。（3）维持温度不变，测定比体积与压力的对应数值，就可得到等温线的数据。在不同温度下对二氧化碳气体进行压缩，将此过程画在p—v图上，可得到的二氧化碳p―v―T关系曲线。当温度低于临界温度tc时，该二氧化碳实际气体的等温线有气液相变的直线段。随着温度的升高，相变过程的直线段逐渐缩短。当温度增加到临界温度时，饱和液体和饱和气体之间的界限已完全消失，呈现出模糊状态，称为临界状态。二氧化碳的临界压力pcr为7.38MPa，临界温度tcr℃℃才成为均匀的曲线。（4）利用质面比常数值间接测量二氧化碳的比体积由于充进承压玻璃管内二氧化碳的质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（）又不易测准，因而实验中是采用间接的方法来确定二氧化碳的比体积，认为二氧化碳的比体积与其高度是一种线性关系，具体如下方法