一、实验目的
1．通过实验了解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、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。 二、实验内容
1．测定CO2的P―v―t关系。在P―v坐标图中绘出低于临界温度（t=20℃），临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析差异原因。
2．测定CO2在低于临界温度时（t=20℃，25℃）饱和温度与饱和压力之间的对应关系并与图11-4中绘出的ts~Ps曲线比较。
3．观测临界状态。
（1）临界状态附近汽液两相模糊的现象。
（2）汽液整体相变现象。
（3）测定CO2的tc，pc，vc待临界参数并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简单分析差异原因。
三、实验设备及原理
1．整个实验装置由压力台、水恒温器和试验本体及其防护罩三大部分组成，如图11-1所示，每个部分都是一个独立的整体，并完成一项工作。 ① 活塞式压力计是由阀门、油杯进油阀、活塞缸等组成。它的主要作用是产生高压力，使试验本体中的水银上升，显示不同的数值，供实验所用。
② 水恒温器是由搅拌电机，电接点温度计、加热器和电器部分等组成。其主要作用是将蒸馏水加热到实验所需的温度，并能保持该温度基本不变（即恒温）。通过压力泵将蒸馏水送入试验本体中的玻璃管中，经不断循环，使玻璃管中的水和恒温器中的水基本保持温度一致，以满足实验的需要。
③ 试验台本体是由承压管、日光灯、防护罩等组成。其主要作用是将活塞式压力计传递过来的压力，迫使水银上升，压缩承压试管里的CO2气体在不同的温度下变成液体并显示数据，供数据处理用。更重要的是，实验中所需要观测的一些现象都在此试验本体中的承压管里。 图11-1 CO2试验台系统图
2．试验台本体如图11-2所示，其中
1－高压容器； 2－玻璃杯；
3－压力油； 4－水银；
5－密封填料； 6－填料压盖；
7－恒温水套； 8－承压玻璃管；
9－CO2空间； 10－温度计。
3．对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p，v，t之间有：
F（p，v，t=0） 或 t=f（p，v） （11-1）
本试验就是根据式（11-1），采用定温方法来测定CO2的p－v之间的联系，从而出CO2的P―v―t的关系。
4．实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入予先装了CO2气体的承压玻璃管内，这时CO2被压缩，其压力和容积的变化是通过压力台上活塞杆的进、退来调节，温度由水恒温器所供给的水温来调节。
5．实验工质CO2所承受的压力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CO2柱的高度来度量，然后再根据承压玻璃管内径均匀，截面积不变等条件换算得出。
图11- 2 试验台本体
四、实验步骤
1．按图11-1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯。
2．使用水恒温器调定温度。
（1）把蒸馏水注入水恒温器内，请注意，不能注满，应离上板面20-30mm，检查并接通电路，开启电源开关，观看电源指示灯是否亮，等电源指示灯亮了以后，再开启电泵开关，以及电加热器开关，给恒温器中的蒸馏水加热。
（2）旋转电接点温度计顶端帽形磁铁调动凸轮转示标，使凸轮转示标上端面与所调定的温度一致，并将帽形磁铁用螺钉锁紧，以防转动。
（3）仔细观看恒温器上的玻璃温度计数值，同时再看一看试验台本体上的温度计数值是否与它一致（可能有点误差，环境因素造成）。当水温未到要调定的温度时，恒温器指示灯亮，当指示灯时亮时灭时，说明温度已达到所需温度，这时可以开始做实验。
（4）当需要改变实验温度时，重复（2）（3）两步骤即可。
3．加压前的准备
因为压力台的油缸容量比主容器容量小（实验所需的油量是试验本体所需油量与油表管路所需油量之和），所以需多次从油杯中抽油，不断向主容器充油，直到压力表上有压力数值显示为止。抽油、充油过程中要小心操作，动作要慢，如有操作失误，不但压力加不上，同时还会损坏仪器，所以一定要掌握操作步骤。
4．加压步骤
① 关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯进油阀，如油不够，应加油。（10＇，20＇机油即可）
② 摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台的油缸中抽满了油。
③ 先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门。
④ 摇进活塞螺杆，给本体充油，如此反复多次，直至压力表上有压力并能满足实验所需压
力为止。
⑤ 再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体的油路阀门是否开启，若均已稳定，即可进行实验。
5．测定承压玻璃管内CO2的质面比常数k值。
由于充进承压玻璃管内的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的办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容υ与其高度是一种线性关系，具体如下：
1 已知CO2液体在20℃，9.80Mpa时的比容υ（20℃，9.80Mpa）=0.00117m3/kg。
② 实际测出本试验台CO2在20℃，9.80Mpa时的CO2液柱高度Δh＇（m）。
（注意玻璃水套上刻度的标记方法）
③ 由①可知
那么任意温度、压力下CO2的比容为
式中: =h－h0
K —— 即为玻璃管内CO2的质面比常数
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
6．实验中应注意从下几点
① 做各条定温线时，实验压力p≤9.80 MPa，实验温度t≤50℃。
② 一般取h时，压力间隔可取0.20 ─ 0.5MPa，但在接近饱和状态和临界状态时，压力间隔应取为0.05 MPa。
③ 实验中取h时，水银柱液面高度的读数要准确，应使视线与水银柱半园型液面的中间平齐。
7．测定低于临界温度t=20℃时的定温线
1 用恒温器上电接点温度计调定、控制蒸馏水温度到20℃，并要保持恒温。
2 压力记录从4 MPa开始，当玻璃管内水银升起来，应足够缓慢地摇进活塞螺。
以保证定温条件，否则来不及平衡，读数不准。
恒温阀门3 按照适当的压力间隔取h值直至压力p=9.0MPa为止。
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