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QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验

一、实验目的
1. 通过不同工质的饱和蒸气压力和温度关系实验,加深对饱和状态的理解;
2. 通过不同工质的亚临界和超临界流态观测及压力和温度关系实验,加深对临界乳光现象和超临界状态流体的理解;
3. 通过对实验数据的整理,掌握不同工质饱和蒸气p-T关系图表的编制方法。
二、实验装置及原理
本实验系统由蒸气发生系统和数据采集系统两部分组成,蒸气发生系统包括可视高压蒸气发生器、加热器、冷却水套、半导体制冷、排液阀、实验工质,数据采集系统包括温度传感器、压力传感器、调压器、上位机。 
物质由液态转变为蒸气的过程称为汽化过程。汽化过程总是伴随着物质分子回到液体中的凝结过程。到一定程度时,虽然汽化和凝结都在进行,但汽化的分子数与凝结的分子数处于动态平衡,这种状态称为饱和态,在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸气分子动能和分子总数保持不变,因此压力也确定不变,称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系。
临界乳光是当物质处在临界点时,密度涨落很大,光线照射在其上会发生强烈的分子散射的现象。当处于亚临界的物质被加热达到临界点时,气液界面消失,气液混浊发黑,温度压力超过临界点后,混浊现象消失,变为清亮的单一超临界状态。停止加热后,温度下降到临界点同样会出现临界乳光现象,由超临界状态变回亚临界状态,气液界面重新出现。本组实验采用工质为R134a,其临界温度为101.06℃,临界压力为4.0593MPa。
三、实验方法及步骤
1. 熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能;
2. 接通电源,观测可视窗口内工质的状态和液位高度,进入“pT实验”界面。
3. 在触摸屏上选择控制电压方式,输入加热电压80V,使工质温度升高到90℃,在此过程中间隔每9℃点击“采集数据”,作为当前温度下的稳定工况数据;
4. 在触摸屏上将加热电压降低,待工质压力逐渐升高到临界压力附近时,观测临界状态,超过临界压力后,观测超临界现象;
5. 工质达到超临界以后,在触摸屏上开启冷却水降温开关,把工质温度降低到亚临界,观测降温过程临界现象;
6. 实验完毕后,将触摸屏上冷却开关打开10分钟,将工质冷却到40-60℃;
7. 关机,断开电源。
四、实验数据及处理
1. 实验数据
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
表1 原始数据及部分处理
表1中p1和t1由工质热力性质图表中数据插值得到。
由误差部分可见,温度越高时,误差相对越大,且压力的相对误差比温度的相对误差更大。
2.  p-t 关系曲线
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
图 3  R134a 饱和蒸气温度与压力曲线
3. 拟合经验关联式
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
表2  对p、t取对数值
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
图4  R134a 饱和蒸气温度与压力曲线(对数值)
由拟合直线公式可得n = 0.7781,m = exp(3.5446)=34.6258
4.思考题
1) 不同工质(R600A、 R410A、 R245fa、水的饱和蒸气压测量的不确定度来源有哪些
实验中将汽、液相温差小于某设定值的状态视为稳定工况,与实际饱和蒸气压情况有差别。
2) 查找实验对应的工质的饱和蒸气压状态方程,与实验所做的数据进行拟合方程,进行对比误差分析。
查文献得R134a饱和蒸汽压方程:
lnP = π1/T+π23T+π4(1-Tr) 1.5
其中π1 = -3.35346×103 ,π2 = 1.83606×10,π3 = -2.90804×10-3,π4 = 2.78366,Tr = T/Tc,Tc=101.06℃
公式适用于-40℃至临界温度。
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
表3  公式计算与查表计算对比误差分析
可见,由公式计算出的数据和查表插值得到的数据误差相近。根据绝对压力计算温度需要用到迭代法计算,在此没有给出分析。
以水为例, 水和水蒸气的饱和蒸气压的状态方程(IAPWS95 方程)为:
QY-RG30饱和蒸气PT及超临界相态实验 
其中,Pr=P/Pc,为饱和蒸气压,MPa,Pc为水的临界压力,22.064MPaTr=T/Tc,Tc为水的临界温度,647.096K;τ=1-Tr
请用上述方程计算所做实验压力下的饱和水温度,简述计算程序或计算原理
计算原理:利用二分法先给出一个温度计算出Pr,与实际值进行比较,缩小计算区间,直至得到最终的精度。
3) 临界乳光产生的原因是什么? 可能应用到哪些地方?
物质处在临界点时密度涨落很大,光线照射在其上,就会发生强烈的分子散射。
超临界萃取、表面催化、观赏。

QY-RG30饱和水蒸气温度与压力关系实验设备

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