[發明專利]一種p-v-t關系測定教學實驗臺和充灌方法及使用方法

有效

• 申請號: 202110485564.9
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113362685B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 張可;孟現陽;畢勝山;孟婧;王小丹;唐上朝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G09B23/16
• 分類號: G09B23/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種p?v?t關系測定教學實驗臺和充灌方法及使用方法，包括實驗裝置本體，水浴控溫裝置、活塞式壓力泵和工質充灌系統；實驗裝置本體包括不銹鋼容器，不銹鋼容器上設置有第一觀察窗和第二觀察窗，第二觀察窗內部充灌有水銀；不銹鋼容器頂部設置有與不銹鋼容器相連通的玻璃管；第一觀察窗與第二觀察窗的底部均與工質充灌系統相連；第二觀察窗頂部分為兩路，一路通過不銹鋼管連接有堵頭，另一路通過不銹鋼管與活塞式壓力泵相連。本發明將充灌過程改為外部充灌，無任何水銀泄露風險，且整個充灌管路完全真空密封，徹底解決了空氣漏入問題，測量得到的數據幾乎與標準曲線完全吻合。

技術領域

本發明涉及能源動力技術領域的實驗教學，特別涉及一種p-v-t關系測定教學實驗臺和充灌方法及使用方法，用于能源動力類p-v-t關系測定專業課程實驗的教學。

背景技術

實際流體pvT關系測定實驗是國內高校《工程熱力學》課程廣泛開設的一項課程實驗，該實驗是使用水銀將氣相工質封裝在玻璃容器內，玻璃容器上部為圓柱形長玻璃管，下部為葫蘆形腔體。使用壓力泵將壓力油送入高壓容器，水銀在液壓油的作用下被壓入玻璃容器，使得流體工質的體積發生變化，并在一定的溫度和壓力條件下發生液化。通過套在玻璃容器長管部位外面的玻璃水套上的標尺讀出工質的體積變化量，從而測得實際流體的pvT關系。目前國內高校所使用的實驗臺均充灌CO₂工質，結構也完全相同，實驗臺中玻璃容器存在高壓爆炸的風險，CO₂液化后的液柱長度過小。此外由于CO₂的臨界溫度較低，實驗在高溫天氣下難以開設。為解決上述問題，發明人申請了發明專利(專利號201710203927.9)，將流體工質由CO₂改為乙烷，同時在玻璃管外側使用半導體進行控溫，解決了上述問題。然而，改進后的實驗臺仍存在部分關鍵問題尚需進一步完善：

(1)流體工質充灌困難，充灌過程水銀極易灑出。流體工質以氣相的形式從直接套在底部進樣口上的軟管充入容器中，充灌完成后用夾子將軟管夾住，將夾子和軟管同時塞入水銀杯中，在水銀中將軟管從進樣口退出。該過程操作難度非常大，尤其是軟管必須在水銀中拔掉，該過程極易導致水銀被濺出，或者進樣口浮出水銀面，導致充灌失敗。由于水銀濺出后難以清理干凈，導致實驗室空氣長期處于汞蒸氣污染狀態。

(2)流體工質中的空氣難以完全排除，造成較大的實驗誤差。流體工質充灌時，首先需要對玻璃管進行抽真空，將軟管直接套在底部進樣口外側，連接至真空泵進行抽真空。由于軟管與進樣口之間密封性較差，當停止抽真空后，會有部分空氣漏入玻璃管中，導致最終充入玻璃管中的氣相工質中不可避免的存在部分空氣。當漏入的空氣較多時，會對低于臨界溫度曲線的測量結果造成重大影響，測量得出的飽和液相壓力甚至可能高于臨界壓力，無法用于正常實驗教學。

(3)半導體控溫平衡時間較長。在發明專利(專利號201710203927.9)中，玻璃管通過恒溫鋁塊進行控溫，由于玻璃管與鋁塊之間存在間隙，導致傳熱熱阻較大，使得玻璃管內工質溫度穩定的時間較長。由于本實驗測量的實驗點數量較多，造成實驗可能無法在正常的授課時間內完成。

發明內容

本發明的目的是提供一種方便充灌工質的p-v-t關系測定教學實驗臺和充灌及使用方法，將氣相工質的充灌由原本的內部充灌好再安裝實驗裝置，改為可隨時外部直接充灌，且整個充灌管路可實現完全真空密封，徹底解決空氣漏入問題；在實驗裝置本體上開設兩個觀察窗，將實驗裝置由全封閉式改為可觀測式，在工質充灌和實驗測量過程中可直接對實驗現象進行觀測，不僅完全解決了水銀泄露的問題，還能加深學生對實驗原理的理解；此外，設計了自動控溫的半導體恒溫水浴，大大縮短了實驗中溫度穩定所需要的時間。

為實現上述目的，本發明采用以下的實驗方案來實現：

一種p-v-t關系測定教學實驗臺，包括實驗裝置本體，水浴控溫裝置、活塞式壓力泵和工質充灌系統；