2023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.1

℃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。

原理部分还要加入：实际气体的状态方程很难确定，它可以用实验的方法得到状态参数图、表，可以根据图表计算系统的循环效率。这点可以参考水蒸汽的发生过程。

实际气体随着温度、压力的变化，它的状态可以是液态、汽态，或汽液混合态。请看书水蒸气的发生过程，每一种实际气体的状态方程的确定要经过大量的实验，建立物理模型，再推导出方程式，所以一般采用实验的方法，得到p-v图、t-s图或h-s图和表（在书得附录中），按照理论循环过程，在图表中查取焓值，计算热力过程的循环效率。看水蒸汽图标的应用例题。

因此理论部分的内容还要加强。

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，2023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：

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 :

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。

2023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 二氧化碳的ｐ-ｖt关系。

四、实验设备

实验设备：由压缩室本体、恒温器及活塞式压力计组成，如图3—2所示。

活塞式压力计：由手轮带动活塞杆的进退调节油压，提供实验中所需的压力。

恒温器：提供恒温水，用恒温水再去恒定co2的温度。保持实验中在不同等级的等温过程中进行。

压缩室本体：压缩气体的压缩室本体由一根玻璃毛细管和水银室组成，如图3—3所示。预先刻度和充气的玻璃毛细管1插入水银室2中，再打开玻璃管下口图3—2 实验装置系统

实验时，由恒温器提供的恒温水，从 1－压缩室本体 2—活塞式压力计。

实验台本体玻璃水套下端进口流入，上端 3－恒温器。

出口流出，反复循环。玻璃恒温水套维持了毛细管内气体温度不变的条件，由于水套上的温度计误差太大，用恒温器上的精密温度计来代替，可以近似认为玻璃管中所存的co2温度与此温度相同。实验中要缓缓转动活塞式压力计的手轮，逐渐增大压力油室3中的油压，使毛。

细管内的co2气体压缩。透过玻璃管可以看到气体的压缩过程。

co2气体压缩时所受压力是由压力台上的压力表读出，气体的体积v由毛细管上的刻度读出，再经过换算得到。

五、实验步骤。

1．首先恒温器接通电源，开动电力泵，使系统水进行循环对流。

2. 旋转电接点温度计的顶端幅形磁铁，调整实验中所规定的恒定温度。

3．开始加热，观察恒温器上精密温度计，若其温度计读数与电接点温度计标定的温度一致时，则可近似认为玻璃管中co2的温度处于标定的温度。

4. 开始加压，应缓缓地前进活塞螺杆加压，并注意观察co2受压后的各种现象。

5. 进行记录实验中的各种数据、状态。

6. 当需要改变温度时，重复上述步骤。

六、注意事项。

1. 恒温水的温度应稳定足够长的时间，使毛细管内外的温度均衡后再开始测量数据。

2. 增大油压时，使毛细管内水银面缓缓上升，要保持缓慢压缩。

3. 维持温度不变，调整若干次压力，压力间隔一般可取5bar左右，在接近饱和状态或临界状态时应取0.5bar。

4. 除t=20℃时，须加压至绝对压力为102bar（100ata）外，其余各等温线均在50～90间测出h值，绝对不允许表压超过102bar。

5．实验结束卸压时，应使压力逐渐下降，

不得直接打开油杯阀门卸压图3—3 压缩室本体示意图6．实验完毕将仪器擦净，恢复原状。 1—玻璃毛细管 2—水银室 3—压力油室

4—温度计 5—恒温水套。

七、实验数据整理

1．co2比容的确定。

实验中由于co2的质量m不便测定，承受玻璃的内径d也不易测准，因而只能用间接方法确定v值：

因为二氧化碳在20℃，100ata（102bar）时，比容即：

vco2(20℃，100ata)=

因为 (常数)

则任意情况下二氧化碳的比容：

所以，只要在实验中测得t=20℃, p=100ata时的h0值，计算出k值后，其它任意状态下的比容v值均可求得。

2．列数据表及绘制p-v图。

实验数据计算整理后，绘制出实际co2气体p-v的关系图。

八、实验报告的要求。

1．简述实验目的、任务及实验原理。

2．记录实验过程的原始数据（实验数据记录表）。

3．根据实验得出的数据结果，计算整理并画出二氧化碳p-v-t的关系图。

九、思考题：

1．为什么加压时，要足够缓慢地摇动活塞杆而使加压足够缓慢进行？若不缓慢加压，会出现什么问题？

2．卸压时为什么不能直接开启油杯阀门。

表3-1实验数据记录表。

水蒸汽是在等压下做实验得到的p-v图，这个实验是在等温条件下，要改变什么量，能得二。

氧化碳的p-v图呢？我问的是改变量是什么？在数据记录表上的表达式什么意思呢？

实验数据记录表，从表中可以看出实验是在等温条件下，每次改变“5”压力值，能观察到二氧化碳的液态，汽态及汽液混合态的现象，变量的单位是什么？要填上数据，实验步骤的描述要与**一致。

我为什么一再强调水蒸汽的发生过程，就是让学生了解：水蒸汽的图、表也是通过实验得到的，它是在压力不变，改变温度观察到水蒸汽的三态，二氧化碳是在等温调节下改变压力观察它的现象，绘制p-v图，所以一定要交代，实验中改变什么量？怎样改变？

要说明热力学中六个状态参数，温度是基本状态参数，它是可以直接测量，工程上使用是绝对温度，它的公式表达，温度的作用等知识点要加入。在加入你查到的知识。要说明为什么需要校正热电偶？

有什么类型的测温度的仪器仪表？它们的测温精度。以及热电偶测温的特点，在对流换热部分，辐射换热中均能找到有关它的叙述。

希望找的内容要多而丰富。

实验数据记录表中反映了，实验中温度标定的过程，是从10℃开始测量，5℃的间隔，直到。

85℃结束。实验步骤中也要表述出，具体的操作过程，要与**的表到一致。

实验原始数据记录表与实验步骤还可以对上，但是给学生安排的实验时间只有2个小时，只能做一种直径的测试管的强迫对流实验，所以这个原始。

数据记录表要修改。也就说一种测试的管径需要由组的学生来做实验，你设计的表。

应该是实验原始数据的总表。

你编写的是实验指导书，由其他人去做实验得到结果，分析得到结论。所以你要按照实验方法步骤，与数据记录表的第一列的数据一致，即实验中调节什么量，能改变工况，调节的间隔是多少，都要一一对应。

换热器部分：要加入的内容：换热器的定义，换热过程的方程，换热器的种类，计算公式。传热计算公式等，最后要落在套管换热器上。公式中几个量要展开表示。

实验原理部分：要说明热力学中六个状态参数，压力是基本状态参数，它是可以直接测量，工程上使用是绝对压力，它的公式表达，压力的作用等知识点要加入。要说明为什么需要校正压力表？

压力表的种类和量程精度等知识点。

实验5 压气机性能实验。

活塞式压气机是通用的机械设备之一，其工作原理是消耗机械能（或电能）而获得压缩气体。压气机的压缩指数和容积效率等都是衡量其性能先进与否的重要参数。本实验是利用微机对压气机的有关性能参数进行实时动态采集，经计算处理、得到展开的和封闭的示功图。

从而获得压气机的平均压缩指数、容积效率、指示功、指示功率等性能参数。

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