4超临界CO2状态观测及PVT关系测定实验.docx
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4超临界CO2状态观测及PVT关系测定实验
1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃杯；9—CO2空间；10—温度计。
实验工质二氧化碳的压力值，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氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。
实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力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。
4、作好实验的原始记录：
（1）设备数据记录：
仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。
（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，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容
与其高度是一种线性关系。
具体方法如下：
a）已知CO2液体在20℃，9.8MPa时的比容
（20℃，9.8Mpa）=0.00117M3·㎏。
b）实际测定实验台在20℃，9.8Mpa时的CO2液柱高度Δh0（m）。
（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）
c）∵
（20℃，9.8Mpa）=
∴
其中：
K——即为玻璃管内CO2的质面比常数。
所以，任意温度、压力下CO2的比容为：
（m3/kg）
式中，Δh=h-h0
h——任意温度、压力下水银柱高度。
h0——承压玻璃管内径顶端刻度。
5、测定低于临界温度t=20℃时的等温线。
（1）将恒温器调定在t=20℃，并保持恒温。
（2）压力从4.41Mpa开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证等温条件。
否则，将来不及平衡，使读数不准。
（3）按照适当的压力间隔取h值，直至压力p=9.8MPa。
（4）注意加压后CO2的变化，特别是注意饱和压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。
要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表1。
（5）测定t=25℃、27℃时其饱和温度和饱和压力的对应关系。
6、测定临界参数，并观察临界现象。
（1）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pc和临界比容
c，并将数据填入表1。
（2）观察临界现象。
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象临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍在变化时，汽、液是以突变的形式相互转化。
b）汽、液两相模糊不清的现象
处于临界点的CO2具有共同参数（p,v,t），因而不能区别此时CO2是气态还是液态。
如果说它是气体，那么，这个气体是接近液态的气体；
如果说它是液体，那么，这个液体又是接近气态的液体。
下面就来用实验证明这个结论。
因为这时处于临界温度下，如果按等温线过程进行，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7.64Mpa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出现明显的液面。
这就是说，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接近的，可以说是接近气态的液体。
既然，此时的CO2既接近气态，又接近液态，所以能处于临界点附近。
可以这样说：
临界状态究竟如何，就是饱和汽、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℃时的定温线。
将数据填入原始记录表1。
二、实验记录
实验日期2019年04月20日气压101.3KPa室温23℃气象情况晴
（包括实验现象的观察，实验数据的记录）
实验原始数据记录表
t=20℃
t=31.1℃（临界）
t=50℃
P
（Mpa）
Δh
v=Δh/K
现象
p
（Mpa）
Δh
v=Δh/K
现象
p
（Mpa）
Δh
v=Δh/K
现象
4
117
0.01014
4
124
0.01074
4
137
0.01187
4.2
108
0.00936
4.4
109
0.00944
4.4
122
0.01057
4.4
98
0.00849
4.8
96
0.00832
4.8
111
0.00962
4.8
85
0.00736
5.2
86
0.00745
5.2
99
0.00858
5.2
73
0.00632
5.6
78
0.00676
5.6
90
0.0078
5.6
65
0.00563
6
69
0.00598
6
82
0.00710
6
56
0.00485
6.4
60
0.0052
6.4
75
0.0065
6.4
34
0.00294
相变
6.8
54
0.00468
6.8
69
0.00598
6.8
25
0.00216
7
50
0.00433
7.2
63
0.00546
7.2
20
0.00173
7.2
46
0.00398
7.8
55
0.00476
7.8
35
0.003033
进行等温线实验所需时间
分钟
分钟
分钟
30
30
30
三、撰写实验报告
1.数据处理（包括计算示例、数据图表）
以t=20℃时，p=4MPa为例，已知此时△h=117mm
当p=9.8MPa时，△h=41.5mm
故K=△h0/（0.00117）=13..5/0.117=11538.5
而V=△h/K=117/11538.5=0.01014
根据该计算方式列表计算并作图如下：
2.实验结果及讨论（包括误差分析）
通过对比实验作出的图形和标准曲线图分析误差及原因，根据标准曲线可得出Vc=0.00216，而通过实验计算绘图所得到得到的Vc实=0.0294，通过对比发现实验值和理论值基本接近，但仍然存在一定的误差。
总结造成误差的原因如下：
1.读数误差较大，刻度线难以持平，读数时间既不能过快也不能过慢，过快容易导致读数错误，过慢则容易使平衡发生较大变化，使得读数不准确；2.实验过程中有温度变化的影响，实验的温度参数并不容易控制，常常因仪器本身的问题产生波动，难以精确控制；3.压力调控不精确，控制压力的操作不够熟练，导致实验读数过程中难以很好地保持稳压状态。
四、自评（包括实验收获）
通过本次二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定实验，我了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识，同时我意识到，在实验时，细心和耐心一定要有，更应该去培养。
而且实验前的预习对实验同样有很大的帮助的，一方面能够给我们节省大量的时间，另一方面能够让我们在实际操作的时候不至于手忙脚乱的，代替的是更加的得心应手。
在实验操作中操作顺序，操作时间也要严格的把握好，分毫都不能出差错。
只有这样才能真正增加我们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，熟练地掌握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。
此外我还学会了学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。
最后，由于我们需要操作的东西很多，而且很繁琐，这就给我们创造了些许的麻烦，在其中我深刻的体会到实验是一门操作性很强的科目，只有自己亲自动手操作了才能真正的掌握其中的要点。
五、指导老师批审意见
实验报告评分表
预习报告
20
数据采集
12
实验效果
15
计算示例
12
数据处理
20
实验结论
12
自评
5
书写
4
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