[发明专利]一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台

说明书

一种临界状态观测及p‑v‑T关系测定教学实验台，包括底部腔体，底部腔体内设置有金属杯，金属杯与底部腔体内壁之间有空隙，金属杯内填充有水银，金属杯内水银面上部与底部腔体内壁之间填充有液压油；金属杯内设置有伸入水银中的金属气体压缩腔体，金属气体压缩腔体底部设置有伸入水银中的导管；金属气体压缩腔体顶部设置有石英玻璃管，金属气体压缩腔体与石英玻璃管内填充有流体工质，石英玻璃管外侧设置有用于控制实验温度的实验温度控制部分。本发明使用金属压缩腔体代替玻璃压缩腔体，使用厚壁石英玻璃管代替了普通玻璃管，通过密封设计将常规压缩气体所用的葫芦形玻璃腔体改为金属腔，大大提高了实验台的耐压性和安全性。

技术领域

本发明涉及能源动力技术领域的实验教学，特别涉及一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，用于能源动力类临界状态观测及p-v-T关系测定专业课程实验的教学。

背景技术

“临界状态观测及p-v-T关系测定实验”是国内热力学、物理化学、热工基础等课程所开设的课程测量实验，目前国内针对本科生的该项实验所使用的二氧化碳P-V-T关系仪，是使用水银将二氧化碳封装在玻璃容器内，玻璃容器上部为圆柱形长玻璃管，下部为葫芦形腔体。使用压力泵将压力油送入高压容器，水银在液压油的作用下被压入玻璃容器，使得二氧化碳气体的体积发生变化，通过套在玻璃容器长管部位外面的玻璃水套上的标尺读出二氧化碳的体积变化量，从而测得二氧化碳的p-v-T关系。

国内目前所出售和使用中的该实验台均以二氧化碳作为工质，实验台存在以下缺陷：

1.玻璃容器存在耐压风险。

该容器均采用普通玻璃制作，玻璃容器壁厚一般为1～3mm，且容器下部直径葫芦形部分内外都要承压，因此该玻璃容器不宜在过大的压力下使用。本实验通过压力泵将二氧化碳加压，由于二氧化碳的临界压力较高，实验中的最高压力将达到10MPa，在如此大的压力下进行实验显然具有一定的危险性，而国内该教学实验仪器的生产商大多不具备压力容器的生产和制造资质，进一步加剧了使用该仪器在教学过程中的风险。

2.二氧化碳液化后的液柱长度过小。

在本实验的实验过程中，需要在一定的温度下，将二氧化碳完全压缩为液态，然后通过观测液柱的长度进行实验数据的处理，实验结果的准确度与液柱测量的准确度直接相关，由于二氧化碳液化后的液柱长度非常短，约为15mm，而标尺的最小刻度为1mm，这么短的液柱显然不容易读准。此外，液体全部液化后再对其压缩时压力会迅速上升，由于二氧化碳的液柱太短，在实验中学生很容易加压过快而导致玻璃管超压破裂，从而造成危险。

3.实验开设时间范围受限。

受教学实验台采购成本的限制，目前高校所采用的本实验台所附带的循环浴大多没有制冷功能。二氧化碳的临界压力为30.98℃，实验中要进行低于临界温度的测试，由于不带制冷功能的恒温槽需要在高于室温至少5～10℃的条件下才能稳定，因此本实验在夏天或春秋室温较高的时候可能无法正常开出。

由于二氧化碳非常容易获取，且相对于其它工质其热物性数据更为人熟知，因此“临界状态观测及p-v-T关系测定实验”从一开始至今一直仅采用二氧化碳作为工质，从而使得该实验台存在以上诸多问题。近年来，由于教学实验仪器的市场化，仪器开发人员的专业性往往略为缺乏，而更为专业的科研人员大多不再对其关注，因此长期以来该教学实验一直未得到改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种临界状态观测及p-v-T关系测定教学实验台，用于测定流体工质的临界特性及p-v-T关系，本发明的实验台的安全性得到极大的提高，也不需要另外配备恒温槽循环浴，可节省实验台成本和实验室空间，大大缩短实验中由于恒温槽控温等待的时间，提高实验教学的效率。

为实现上述目的，本发明采用以下的方案来实现：