工程热力学实验报告

1实验一二氧化碳临界现象观测及p-υ-t关系实验•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关系的测定方法学会用实际气体状态变化规律方法和技巧。•4．学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确方法。2二．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TTC，T=TC和TTC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；TTC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)3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4三．实验装置整个实验装备由压力台，恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组。51．按图装好试验设备。2．接通恒温浴电源，调节恒温水到所要求的实验温度（以恒温水套内精密温度计为准）。3．加压前的准备——抽油充油操作（1）关闭压力表下部阀门和进入本体油路的阀门，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。此时压力台上油筒中抽满了油。（3）先关闭油杯的进油阀，然后开启压力表下部阀门和进入本体油路的阀门。（4）摇进活塞杆，使本体充油。直至压力表上有压力读数显示，毛细管下部出现水银为止。三．实验步骤6•（5）如活塞杆已摇进到头，压力表上还无压力读数显示，毛细管下部未出现水银，则重复（1）--（4）步骤。•（6）再次检查油杯的进油阀是否关闭，压力表及其进入本体油路的二个阀门是否开启。温度是否达到所要求的实验温度。如条件均已调定，则可进行实验测定。•4．测定承压玻璃管(毛细管)内CO2的质面比常数K值由于承压玻璃管(毛细管)内的CO2质量不便测量，承压玻璃管(毛细管)内径（截面积）不易测准。本实验用间接方法确定CO2的比容。假定承压玻璃管(毛细管)内径均匀一致，CO2比容和高度成正比。具体方法如下：•（1）由文献，纯CO2液体在25℃，7.8MPa时，比容V=0.00124m3/kg；7•（2）实验测定本装置在25℃，7.8MPa（注意：绝对压力=表压+大气压，表压大约为7.7MPa）时，CO2柱高度为Δh=h'−h0。式中，ho—承压玻璃管(毛细管)内径顶端的刻度（酌情扣除尖部长度），h’—25℃，7.8MPa下水银柱上端液面刻度。（注意玻璃水套上刻度的标记方法）（3）由25℃，7.8MPa下CO2比容：又如Δh为测量温度压力下CO2柱高度，则此温度压力下CO2比容，8•5．测定低于临界温度下的等温线（T=25℃）•（1）将恒温水套温度调至T=25℃，并保持恒定。•（2）逐渐增加压力，压力为4.0MPa左右（毛细管下部出现水银面）开始读取相应水银柱上端液面刻度，记录第一个数据点。读取数据前，一定要有足够的平衡时间，保证温度、压力和水银柱高度恒定。•（3）提高压力约0.3MPa，达到平衡时，读取相应水银柱上端液面刻度，记录第二个数据点。注意加压时，应足够缓慢的摇进活塞杆，以保证定温条件，水银柱高度应稳定在一定数值，不发生波动时，再读数。•（4）按压力间隔0.3MPa左右，逐次提高压力，测量第三、第四……数据点，当出现第一小滴CO2液体时，则适当降低压力，平衡一段时间，使CO2温度和压力恒定，以准确读出恰出现第一小液滴CO2时的压力。9•（5）注意此阶段，压力改变后CO2状态的变化，特别是测准出现第一小滴CO2液体时的压力和相应水银柱高度及最后一个CO2小汽泡刚消失时的压力和相应水银柱高度。此二点压力改变应很小，要交替进行升压和降压操作，压力应按出现第一小滴CO2液体和最后一个CO2小汽泡刚消失的具体条件进行调整。•（6）当CO2全部液化后，继续按压力间隔0.3MPa左右升压，直到压力达到8.0MPa为止（承压玻璃管最大压力应小于8.0MPa）。10•6．测定临界等温线和临界参数，观察临界现象•（1）将恒温水套温度调至T=31.1℃，按上述5的方法和步骤测出临界等温线，注意在曲线的拐点（P=7.376MPa）附近，应缓慢调整压力（调压间隔可为0.05MPa），以较准确的确定临界压力和临界比容，较准确的描绘出临界等温线上的拐点。•（2）观察临界现象•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Pc附近处,然后突然摇退活塞杆(注意勿使试验台本体晃动)降压,在此瞬间玻璃管内将出现圆锥型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。可以反复几次观察这个现象。11•b.整体相变现象•临界点附近时，汽化热接近于零，饱和蒸汽线与饱和液体线接近合于一点。此时汽液的相互转变不象临界温度以下时那样逐渐积累，需要一定的时间，表现为一个渐变过程；而是当压力稍有变化时，汽液是以突变的形式相互转化。•c.汽液二相模糊不清现象•处于临界点附近的CO2具有共同的参数（P，V，T），不能区别此时CO2是汽态还是液态。•先调节压力处于7.4MPa临界压力）附近，突然降压（由于压力很快下降，毛细管内的CO2未能与外界进行充分的热交换，其温度下降），CO2状态点不是沿等温线，而是沿绝热线降到二相区，管内CO2出现了明显的液面。这就是说，如果这时管内CO2是气体的话，那么，这种气体离液相区很近，是接近液态的气体；当膨胀之后，突然压缩CO2时，这液面又立即消失了。12这就告诉我们，这时CO2液体离汽相区也很近，是接近气态的液体。这时CO2既接近气态，又接近液态，所以只能是处于临界点附近。临界状态流体是一种汽液不分的流体。这就是临界点附近汽液二相模糊不清现象。•7．测定高于临界温度的等温线（T=35℃）•将恒温水套温度调至T=35℃，按上述5相同的方法和步骤进行。13实验一气体定压比热容测定实验一．实验目的1.了解气体比热测定装置的基本原理和构思。2.熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。3.掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。4.分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。14二．实验原理在0-300℃之间，空气真实定压比热与温度之间进似地有线性关系：btacp则温度由t1至t2的过程中所需要的热量可表示为：dtbtaqtt21平均定压比热容则可表示为：221122121ttbattdtbtacttttpm若以（t1+t2）/2为横坐标，为纵坐标,则可根据不同温度范围的平均比热确定截距a和斜率b,从而得出比热随温度变化的计算式。21ttpmc15大气是含有水蒸气的湿空气。当湿空气气流由温度t1加热到t2时，其中水蒸气的吸热量可用式下式计算：dttmQttww210001172.0844.1则干空气的平均定压比热容由下式确定：1212)(')(21ttmmQQttmmQcwwpwpttpm16三.实验设备1．整个实验装置由风机，流量计，比热仪本体，电功率调节及测量系统共四部分组成，如图一所示。2．比热仪本体如图二所示。由内壁镀银的多层杜瓦瓶2、进口温度计1和出口温度计8（铂电阻温度计或精度较高的水银温度计）电加热器3和均流网4，绝缘垫5，旋流片6和混流网7组成。气体自进口管引入，进口温度计1测量其初始温度，离开电加热器的气体经均流网4均流均温，出口温度计8测量加热终了温度，后被引出。该比热仪可测300℃以下气体的定压比热。图二17四．实验方法及数据处理•1．接通电源及测量仪表，选择所需的出口温度计插入混流网的凹槽中。•2．摘下流量计上的温度计，开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值附近。•3．将温度计插回流量计，调节流量，使它保持在额定值附近。逐渐提高电压，使出口温度升高至预计温度[可以根据下式预先估计所需电功率：W≈12Δt/τ。式中W为电功率（瓦）；Δt为进出口温度差（℃）；τ为每流过10升空气所需时间（秒）]。18•4．待出口温度稳定后（出口温度在10分钟之内无变化或有微小起伏，即可视为稳定），读出下列数据：每10升气体通过流量计所需时间（τ，秒）；比热仪进口温度（t1,℃）和出口温度（t2,℃）；当时大气压力（B，毫米汞柱）和流量计出口处的表压（Δh，毫米水柱）；电热器的电压（V，伏）和电流（I，毫安）。•5．据流量计出口空气的干球温度和湿球温度，从湿空气的焓湿图查出含湿量（d，克/公斤干空气）,并计算出水蒸汽的容积成分。•6．电热器消耗的功率可由电压和电流的乘积计算，但要考虑电表的内耗。如果伏特表和毫安表采用图一所示的接法，则应扣除毫安表的内耗。设毫安表的内阻为RmA欧，则可得电热器单位时间放出的热量为Qp’。•7．水蒸气和干空气质量流量的计算，可按理想气体处理。19五．注意事项•1．切勿在无空气流通过的情况下使用电加热器工作，以免引起局部过热而损坏比热仪。•2．电加热器输入电压不得超过220V，气体出口温度不得超过300℃。•3．加热和冷却缓慢进行，以防止温度计和比热仪本体因温度骤升骤降而破损；加热时要先启动风机，再缓慢提高加热器功率，停止试验时应先切断电加热器电源，让风机继续运行10至20分钟。•4．实验测定时，必须确信气流和测定仪的温度状况稳定后才能读数。