1 研究背景

　　饱和蒸气压是热学与热力学中最基本的概念，其指液体纯质与其蒸气达到气化—凝结动态平衡时的蒸气压力，因此饱和蒸气压测量实验是高校物理化学和工程热力学课程必开的实验项目[1-5]。此外，饱和蒸气压测量实验在大学物理、大学化学等基础课程以及热工基础、化工原理等专业基础课程的实验中也广泛开设。其中，基础课程偏重于掌握基础理论和训练学生的动手能力[6]，其测量装置均为玻璃结构，零部件过多，容易损坏，且仅能进行负压下的测试[7];专业基础课程更偏向于工程实际应用，由于饱和蒸气压在超常压条件下的应用更为重要，因此专业基础课程所用的实验装置均为封闭结构，可测量物质在高温下的饱和蒸气压[8]。然而，两种饱和蒸气压测量装置的功能和实验现象均比较单一，而且均使用恒温水浴控温，实验中等待时间过长。

　　图1是纯物质的p-T相图，纯物质的饱和蒸气压随温度的升高呈指数增长。饱和蒸气压曲线始于物质的三相点，止于临界点。临界点是流体气-液两相达到平衡时的极限热力状态。在临界点，液体与蒸气的热力状态参数相同，气-液界面消失，由于此时等温压缩系数的发散，流体密度涨落非常大，造成光的散射，使清澈透明的气-液界面在接近临界温度时变得不透明，不同的流体甚至出现不同的颜色，形成临界乳光现象[9-11]。临界状态是热学和热力学中较难理解的知识点，若能在饱和蒸气压测量实验中增加临界参数测量和临界现象的观测，将能够使学生充分理解临界状态的概念。因此，本文在课程组所研制的饱和蒸气压教学实验装置[3]的基础上，增加临界参数测量和临界现象观测功能，新研制出一台饱和蒸气压测量与临界现象观测实验教学装置(简称实验装置)。

　　2 实验装置

　　3 实验过程和实验现象的观测

　　4 饱和蒸气压和临界参数的实验测量

　　5 实验装置应用情况

　　6 结语

　　笔者研制的实验装置，可用于热学与热力学相关课程的实验教学。与常规的饱和蒸气压装置相比，本装置可对临界参数进行测量，具有良好的临界乳光及气-液相变现象观测效果;本装置使用半导体控温技术，大大减少了实验课中的等待时间，提高了实验课的教学质量。

　　采用充灌高沸点工质乙醇和低沸点工质R125，分别对实验装置的测量准确度进行了研究，R125饱和蒸气压的测量偏差不超过±2%，临界温度测量偏差为0.48 ℃，临界压力测量偏差为1.91%;乙醇饱和蒸气压测量的偏差不超过±5%。结果表明：本装置更适用于低沸点工质的测量，但用于高沸点工质时，也可满足实验教学的要求。

　　本实验装置研制成功后，自2017年起向我校能源与动力工程学院热流体课程实验与流体热物性测试技术两门课程开设了实验，2020年在中国大学MOOC国家精品课程在线学习平台上线。本装置目前已推广至中山大学、青岛科技大学、四川农业大学等多所高校，取得了良好的实验教学效果。

　　参考文献

　　[1] 李慎新,王涛,蒋维东,等.纯液体饱和蒸气压测定实验的改进[J].大学化学,2020,35(9):115-119.

　　[2] 黄晓璜,崔国民.高校工程热力学实验教学探索[J].中国电力教育,2014(33):100-101.

　　[3] 邓昌宇,张可,刘翱铭,等.饱和蒸气压实验教学装置的研制[J].实验室研究与探索,2018,37(7):76-78,93.

　　[4] 王党生,韩斌,王彭,等.静态法测定液体饱和蒸气压实验的研究[J].实验技术与管理, 2009,26 (7):41-43.

　　[5] 宋艺新,林鸿,段远源,等.水的饱和蒸气压实验装置的研制[J].实验技术与管理,2007,24 (7):64-66.

　　[6] 张兆慧.当前大学物理实验仪器现状及改进建议[J].教育与装备研究,2016(12):64-67.

　　[7] 李田,徐金荣,杨玲,等.饱和蒸气压实验中的压力-温度测量仪设计和开发[J].实验技术与管理,2016,33(1):79-81.

　　[8] 陈战斌,王玉梅,王涛.RP-3航空喷气燃料饱和蒸气压测试研究[J].工程与试验,2016,56(2):31-33.

　　[9] 吴江涛.高精度流体热物性测试实验系统的研制及二甲醚热物理性质的研究[D].西安:西安交通大学,2003.

　　[10] 王乐,吴玉龙,杨明德,等.超临界体系相行为实验测定方法研究进展[J].化学世界,2008,49(2):117-120.

　　[11] 于渌,郝伯林.相变和临界现象[M].北京:科学出版社,1984.

　　[12] 陈丽莉,欧阳静,唐爱东.新型液体饱和蒸气压测定装置[J].实验室研究与探索,2007,26(4):47-49.

　　[13] 张永彦,吴锋,孙杰.乙醇汽油饱和蒸气压试验研究[J].车用发动机,2009(6):63-65.

　　[14] 叶树亮,杨晰惟,杨遂军,等.低饱和蒸气压的静态法实验研究及误差修正[J].现代化工,2014,34(1):161-164.

　　[15] WILSON L C, WILDING W V, WILSON H L, et al. Critical point measurements by a new flow method and a traditional static method[J]. Journal of Chemical & Engineering Data, 1995, 40(4): 765-768.

张可1 何健钊2 孟婧1 王小丹1 毕胜山1

1.西安交通大学能源与动力工程专业国家级实验教学示范中心　2.四川世纪中科光电技术有限公司