气体物理参数综合测定.doc

实验二 气体物理参数综合测定
（一）二氧化碳临界状态观测及关系测定实验
一、实验目的
1、了解临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的认识；
2、增加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；
3、掌握的关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧；
4、学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。
二、实验设备
整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成，其中实验台本体如图1所示

图1 实验台本体
三、实验原理
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。温度由实验台上的温度显示表读出。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换算。
1、已知液体在20℃，9.8时的比容
2、实际测定实验台在20℃，9.8时的液柱高度
3、∵（20℃，9.8）=
∴
式中：—即为玻璃管内的质面比常数。
所以，任意温度、压力下的比容为：
式中：；
—任意温度、压力下水银柱高度；
—承压玻璃管内径顶端刻度。
四、实验步骤
1、检查并接通电路，启动水泵，调节温度旋扭设置所要调定的温度；
2、测定低于临界温度=20℃时的等温线
1）将恒温器调定在=20℃，并保持恒温；
2）压力从4.41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值，直至压力；
4）注意加压后的变化，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，将测得的实验数据及观察到的现象填入表1。
4、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，在该曲线的拐点处找出临界压力和临界比容，并将数据填入表1；
2）观察临界现象
① 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，需要一定时间，表现为渐变过程，而这时当压力稍有变化时，汽、液是以突变的形式相互转化；
② 汽液两相模糊不清的现象：处于临界点的具有共同参数，因而不能区别此时是气态还是液态。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，它是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论：因为这时处于临界温度，如果按等温线过程进行，使压缩或膨胀，那么，管内是什么也看不到的。现在，我们按绝热过程来进行，首先在压力为7.64附近，突然降压，状态点由等温线沿绝热线降到液区，管内出现明显的液面。这就是说，如果这时管内的是气体的话，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，突然压缩时，这个液面又立即消失了。这就告诉我们，这时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。
5、测定高于临界温度=40℃时的等温线。将数据填入表1。
五、数据处理
将实验数据填入表1中
表1 实验记录表
=20℃
=31.1℃（临界）
=40℃

()

现象

()

现象

()

现象

初液

全液

全液

1、按表1的数据，在坐标纸上画出三条等温线；
2、将实验测得的等温线与图2所示的标准等温线比较。

（二）饱和蒸汽观测及P－T关系测定实验

一、实验目的
1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念；
2、通过对实验数据的整理，编制饱和蒸汽P—T关系图；
3、学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等的使用方法；
4、能观察到小容积和金属表面很光滑（汽化核心很小）的饱态沸腾现象。
二、实验设备
实验仪器如图1所示

图1 饱和蒸汽PT关系实验仪
1.压力表（－0.1～1.5）2.排气阀 3.缓冲器4.蒸汽发生器5.电源开关
6.电功率调节 7.温度计（100～250℃） 8.可控数显温度仪9.电流表
三、实验步骤
1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能；
2、将电功率调节器调节至电流表零位，然后接通电源；
3、调节电功率调节器，并缓慢逐渐加大电流，待蒸汽压力升至一定值时，将电流降低0.2安培左右保温，待工况稳定后迅速记录下水蒸气的压力和温度。重复上述实验，在0～1.0（表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀；
4、实验完毕后，将调压指针旋回零位，并断开电源；
5、记录室温和大气压力。
四、数据处理
1、将实验数据记录到表1中
表1 实验记录表
实验次数
饱和压力()
饱和温度[℃]
误差
备注
压力表读值
大气压力
绝对压力
温度计读值
理论值

1

2

3

4

5

6

2、将实验结果点在坐标上，清除偏离点，绘制P—T关系曲线。
（三）气体定压比热测定实验
一、实验目的
　　1、掌握气体定压比热的测量原理及其测量装置；
　　2、掌握本实验中测温、测压、测热、测流量的方法；
　　3、掌握由基本数据计算比热值和比热公式的方法。
二、实验装置
如图1所示本实验装置由风机、流量计、比热仪主体、调压器和功率表等组成。

图1 热仪全套装置图

图2 比热仪主体示意图
　　实验时，被测空气由风机经流量计送入比热仪主体，经加热、均流、旋流、混流后流出。比热仪主体构造如图2所示。气体的流量由节流阀调节，比热仪出口温度由电加热器输入功率来控制。比热仪可测200℃以下气体的比定压热容。
三、实验原理
根据气体平均比热定压热容定义，当气体在定压加热过程中温度由升到时，其平均比定压热容值可以由下式确定：

式中：－湿空气在定压加热过程中的吸热量（）；
　　 －湿空气的质量流量（）；
　　 －湿空气在定压加热前后的温差（）。
湿空气是干空气和水蒸气的混合物，当湿空气中水蒸气含量较少，分压力较低时，水蒸气可以当作理想气体处理。显然，当已知湿空气中水蒸气的吸热量时，干空气的比定压热容可由下式确定：

式中：－水蒸气的吸热量（）；
　　 －干空气的质量流量（）。
提示：水蒸气的比定压热容可由如下经验公式确定：

式中：tv－水蒸气的温度（）。

四、实验步骤
1、接通电源，开动风机，调节节流阀，使湿空气流量保持在预定值附近。
2、逐渐调整加热功率，使湿空气出口温度升高到预定温度，所需功率可以根据下列关系式预先估计：

　　式中： W－功率表读数（）；
　　 －比热仪进出口温差（）；
　　 τ －每流过10升湿空气所需的时间（）。
3、待被测湿空气达到稳定状态后，测量如下参数：
1）τ－每流过10升湿空气所需的时间（）；
2）W －功率表读数（）；
3）t1，t2－湿空气的进、出口温度（）；
4）－湿空气的相对湿度（）；
5）pe－流量计出口处压差（）；
6）pb－大气压力（）。
4、适当改变加热功率（湿空气出口温度），重复步骤3。