二氧化碳氣體P

二氧化碳氣體P-V-T關系的測定一、實驗目的了解co2臨界狀態(tài)的觀測方法，增強對臨界狀態(tài)概念的感性認識。鞏固課堂講授的實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的理論知識，加深對飽和狀態(tài)、臨界狀態(tài)等基本概念的理解。掌握CO2的P-V-T間關系測定方法。觀察二氧化碳氣體的液化過程的狀態(tài)變化，及經(jīng)過臨界狀態(tài)時的氣液突變現(xiàn)象，測定等溫線和臨界狀態(tài)的參數(shù)。二、 實驗任務測定CO2氣體基本狀態(tài)參數(shù)P-V-T之間的關系，在P—V圖上繪制出t為20°C、31.1°C、40C三條等溫曲線。觀察飽和狀態(tài)，找出t為20C時，飽和液體的比容與飽和壓力的對應關系。觀察臨界狀態(tài)，在臨界點附近出現(xiàn)氣液分界模糊的現(xiàn)象，測定臨界狀態(tài)參數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果，畫出實際氣體P-V-t的關系圖。三、 實驗原理1、 對簡單可壓縮熱力系統(tǒng)，當工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)P、u、T之間有：F（p、u、t）=0或t=f（p、u） （1）本試驗采用定溫方法來測定CO2P-u之間的關系，從而找出CO2的P-u-t的關系。2、 測定CO2的P-u-t關系。在P-u坐標圖中繪出低于臨界溫度（t=20°C）、臨界溫度（t=31.1°C）和高于臨界溫度（t=50°C）的三條等溫曲線,與標準實驗曲線及理論計算值相比較，并分析差異原因。3、 觀測臨界狀態(tài)附近汽液兩相模糊的現(xiàn)象、汽液整體相變現(xiàn)象。4、 測定CO的t、p、等臨界參數(shù)并將實驗所得值與理想氣體狀態(tài)方程和范德瓦爾方2 e e e程的理論值相比較。四、實驗設備1、整個實驗裝置由壓力臺、恒溫器和實驗本體及其防罩三大部分組成，如圖2所示。圖2CO2實驗臺系統(tǒng)示意圖①恒溫器2②試驗臺本體 ③壓力臺2、試驗臺本體如圖三所示，其中1）、一—高壓容器；2）、一玻璃杯；3）、一——壓力油；4）、一水銀；5）、一密封填料；6）、一填料壓蓋；7）、—恒溫水套；8）、一承壓玻璃管;9）、—CO2空間；10）、-——溫度計。

實壓來油壓玻半使入了的璃被其容壓的進、節(jié),恒給里來恒溫水溫度計8填料壓蓋5恒溫水壓力油承壓玻璃管749恒溫水管6密封填料2

玻麗高壓容器3實壓來油壓玻半使入了的璃被其容壓的進、節(jié),恒給里來恒溫水溫度計8填料壓蓋5恒溫水壓力油承壓玻璃管749恒溫水管6密封填料2

玻麗高壓容器3、驗中由力臺送的壓力進入咼容器和璃杯上部，迫水銀進預先裝CO氣體承壓玻管。CO2壓縮，2壓力和積通過力臺上活塞的退來調(diào)溫度由溫器供的水套的水溫調(diào)節(jié)。圖三試驗臺本體4、實驗工質(zhì)二氧化碳的壓力由裝在壓力臺上的壓力表讀出，溫度由插在恒溫水套中的溫度計讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來度量，而后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面積不變等條件換算得出。五、實驗步驟1、 實驗過程的注意事項：做各條定溫時，實驗壓力PVlOMPa,實驗溫度tW50°C；實驗中取h時，應使視線與水銀柱凸面一齊；實驗中加壓及減壓過程一定要緩慢均勻。2、 測定低于臨界溫度t=20C的等溫線使用電節(jié)點溫度計調(diào)節(jié)恒溫水浴溫度t=20C要保持恒溫；壓力記錄從4MPa開始，當玻璃管內(nèi)水銀柱水銀升起來后，應足夠緩慢地搖進活塞螺桿，以保證定溫條件，否則來不及平衡，讀數(shù)不準；兩相區(qū)內(nèi)三毫米高度變化記錄一次壓力值，兩相區(qū)外，三個壓力變化記錄一次高度值；注意加壓后CO2的變化，特別是注意飽和壓力與飽和溫度的對應關系，液化、汽化等現(xiàn)象，要將測得的實驗數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表中。3、測定31.1°C臨界等溫線，觀察監(jiān)界現(xiàn)象重復2的步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點處找出臨界壓力p和臨界比容u，e e并將數(shù)據(jù)填入表中。(1)整體相變現(xiàn)象由于臨界點時，汽化潛熱等于零，飽和液線合于一點，所以這是汽液的相互轉(zhuǎn)變不像臨界溫度以下時逐漸積累，需要一定的時間，表現(xiàn)為一個漸變的過程，而是當壓力稍有變化時，汽、液以突變的形式相互轉(zhuǎn)化；(2)汽、液兩相模糊不清現(xiàn)象處于臨界點的匹，氣、液具有共同參數(shù)(P、u、T)因而不能區(qū)別此時CO2是氣態(tài)還是液態(tài)的。如果說它是氣體，那么這個氣體是接近了液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那么這個液體又是接近氣態(tài)的液體。下面就來用實驗證明這個結(jié)論。因為這時是處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進行來使co2壓縮或膨脹，那么管內(nèi)是什么也看不到的?，F(xiàn)在我們按絕熱過程來進行，首先在壓力等于7.8MPa附近突然降壓，CO2狀態(tài)點由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)co2出現(xiàn)了明顯的液面，這就說明，如果這時管內(nèi)的co2是氣體的話，那么這種氣體離液區(qū)很近可以說是接近液態(tài)的氣體；當我們在膨脹之后，突后壓縮co2時，這個液面又立即消失了，這就告訴我們這時co2液體離氣區(qū)也是非常近的，可以說是接近氣態(tài)的液體，既然此時的co2既接近氣態(tài)又接近液態(tài)，所以只能處于臨界點附近。可以這樣說，臨界狀態(tài)飽和汽、液分不清。這就是臨界點附近汽液模糊不清的現(xiàn)象。4、重復2測定高于臨界溫度t=50C時的等溫線，將數(shù)據(jù)填入表中。六、實驗數(shù)據(jù)整理CO2比容的確定實驗中由于CO2的質(zhì)量m不便測定，承受玻璃的內(nèi)徑d也不易測準，因而只能用間接方法確定V值：2因為二氧化碳在20C，100ata(102bar)Vco(20C，100ata)=時,h因為二氧化碳在20C，100ata(102bar)Vco(20C，100ata)=時,h0比容v兀xd4因為h 0——0.00117K(常數(shù))則任意情況下二氧化碳的比容:TOC\o"1-5"\h\zh h\o"CurrentDocument"V= = -MA K所以，只要在實驗中測得t=20°C,p=100ata時的h。值，計算出k值后，其它任意狀態(tài)下的比容V值均可求得。 °2.列數(shù)據(jù)表及繪制P-V圖。實驗數(shù)據(jù)計算整理后，繪制出實際CO氣體P-V的關系圖。七、 實驗報告的要求簡述實驗目的、任務及實驗原理。記錄實驗過程的原始數(shù)據(jù)（實驗數(shù)據(jù)記錄表）。根據(jù)實驗得出的數(shù)據(jù)結(jié)果，計算整理并畫出二氧化碳P-V-1的關系圖。八、 思考題：為什么加壓時，要足夠緩慢地搖動活塞桿而使加壓足夠緩慢進行？若不緩慢加壓,會出現(xiàn)什么問題？卸壓時為什么不能直接開啟油杯閥門。表3-1實驗數(shù)據(jù)記錄表t=20Ct=31?1°Ct=40C表壓p咼度h觀察現(xiàn)象表壓p咼度h觀察現(xiàn)象表壓p咼度觀h.觀察現(xiàn)象3035404550556065707580859099壓氣機性能實驗活塞式壓氣機是通用的機械設備之一，其工作原理是消耗機械能（或電能）而獲得壓縮氣體。壓氣機的壓縮指數(shù)和容積效率等都是衡量其性能先進與否的重要參數(shù)。本實驗是利用微機對壓氣機的有關性能參數(shù)進行實時動態(tài)采集，經(jīng)計算處理、得到展開的和封閉的示功圖。從而獲得壓氣機的平均壓縮指數(shù)、容積效率、指示功、指示功率等性能參數(shù)。一、實驗目的掌握指示功、壓縮指數(shù)和容積效率的基本測試方法；對使用微機采集、處理數(shù)據(jù)的全過程和方法有所了解。二、實驗裝置及測量系統(tǒng)本實驗儀器裝置主要由：壓氣機、電動機及測試系統(tǒng)所組成。測試系統(tǒng)包括：壓力傳感器、動態(tài)應變儀、放大器、計算機及打印機，見圖5—1。壓氣機型號：Z—0.03/7汽缸直徑：D=50mm汽缸直徑：D=50mm連桿長度：H=70mm,活塞行程：L=20mm轉(zhuǎn)速：n=1400轉(zhuǎn)/分5算T顯示器機打印機1圖5算T顯示器機打印機1圖5—2封閉的示功圖圖5—3展開的示功圖壓代機壓力傳感器飛輪4Ti移傳懇器安全排放閥壓力表調(diào)節(jié)閥毎壓堰圖5—1壓氣機實驗裝置及測試系統(tǒng)為了獲得反映壓氣機性能的示功圖，在壓氣機的汽缸頭上安裝了一個應變式壓力傳感器，供實驗時汽缸內(nèi)輸出的瞬態(tài)壓力信號。該信號經(jīng)橋式整流后,送至動態(tài)應變儀放大。對應著活塞上止點的位置，在飛輪外側(cè)粘貼著一塊磁條，從電磁傳感器上取得活塞上止點的脈沖信號，作為控制采集壓力的起止信號，以達到壓力和曲柄傳角信號的同步。這二路信號經(jīng)放大器分別放大后，送入A/D板轉(zhuǎn)換為數(shù)值量，然后送至計算機，經(jīng)計算處理便得到了壓氣機工作過程中的有關數(shù)據(jù)及展開的示功圖和封閉的示功圖。見圖5—2及圖5—3。

根據(jù)動力學公式，活塞位移量X與曲柄轉(zhuǎn)角a有如下關系:(5—1)九(5—1)x=R(1-cosa)+—(1-cos2a)式中：A=R/LR 曲柄半徑；H——連桿長度；a——曲柄轉(zhuǎn)角。三、實驗原理指示功和指示功率指示功：活塞壓氣機進行一個工作過程，活塞對氣體所作的功，記為Li0顯然功量就是P—V圖上工作過程線所包圍的面積。其縱坐標是以線段長度表示的壓力值，而橫坐標則表示活塞的位移量，經(jīng)測面儀測量和計算才能得到功的數(shù)值，即：(5—2)L=SXKXKX10-5 (kgf-m)(5—2)i 1 2式中：S 由測面儀測定的面積值(mm2)；￡ 單位長度代表的容積(mm3/mm)；兀LD2k=i 4gb式中：L 活塞行程(mm)；gb——活塞行程的線段長度(mm)；K2 單位長度代表的壓力(at/mm);P-1—壬—fe式中：p——工作時的表壓力(at);fe——表壓力在縱坐標圖上對應的高度(mm);指示功率：單位時間內(nèi)活塞對氣體所作的功，記為叫。用下式表示：Ni=LiXn/102X60(KW) (5—3)式中：n 轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)平均多變壓縮指數(shù)壓氣機的實際壓縮過程介于定溫壓縮與定熵壓縮之間，過程指數(shù)在壓縮過程中不斷變化，根據(jù)壓氣機的理論軸功和氣體壓縮功的關系，可以求得平均的多變指數(shù)，記為(5-4)

在P-V示功圖上：即為壓縮過程線與縱坐標圍成的面積同壓縮過程線與橫坐標圍成的面積之比。即：(5—5)容積效率（“）c根據(jù)熱力學定義:有效吸氣容積

工作容積(5—6)在P根據(jù)熱力學定義:有效吸氣容積

工作容積(5—6)在P—V示功圖上:即為有效吸氣線段長度與活塞行程線段長度之比。即:(5—7)耳 hb(5—7)cgb四、實驗步驟接通所有測試儀器設備的電源。把采集、處理數(shù)據(jù)的軟件調(diào)入計算機。啟動壓氣機，調(diào)好排氣量，待壓氣機工作穩(wěn)定后，計算機開始采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算機處理，得到了展開的和封閉的始功圖。用測面儀測量封閉示功圖的面積。分別測量壓縮過程線與橫坐標及縱坐標包圍的面積。用尺子量出有效吸氣線段hb的長度和活塞行程線段處的長度。五、 實驗報告要求簡述實驗目的與原理。記錄計算機采集各種數(shù)據(jù)的理論值，填入在表5-1中。根據(jù)示功圖，得到示功圖上的三個面積值及壓力Pd值。計算指示功、指示功率、平均多變壓縮指數(shù)、容積效率等實際值（要求計算過程）。六、 思考題為什么壓縮過程的多變指數(shù)與膨脹過程的多變指數(shù)不相等？對于同一個過程（壓縮或膨脹過程）的不同區(qū)段，為什么多變指數(shù)也不一樣？當壓氣機工作時，其壓縮指數(shù)變化范圍是多少？在什么情況下，壓氣機耗功最省？3?分析