氮氣的pVT性質測試

p-V-T關系是流體最基本的熱力學性質。p-V-T性質實驗的測定是與理論方法相輔相成的，在準平衡狀態下，工質的壓力P，比容V，和溫度t之間存在某種確定關系，即狀態方程F(P，V，t)=0；理想氣體的狀態方程具有非常簡單的形式：PV=nRT。具體測試某種氣體的P，V，t關系，并將實測結果表示在坐標圖上，是一種重要而有效研究氣體工質熱力性質的方法。

在進行氣體性質研究時，可通過定容積法、Burnett定溫膨脹法、Burnett定容膨脹法進行測量；其中Burnett法是目前研究物質狀態方程為常用，也是相對成熟可靠的方法。本文使用Burnett定溫膨脹法對氮氣的pVT性質進行實驗研究，即在定溫條件下，讓初始物質的量為n₀的試樣氣體通過多級膨脹，記錄各級膨脹后氣體的壓力，得到一系列的氣體壓縮因子，然后利用氣體壓縮因子的定義計算得到直接相應的氣體密度。

DM1000 PVT測試儀的壓力范圍0~10MPa，溫度范圍-30~120℃，溫度壓力范圍較為寬廣。壓力測量精度0.02%FS、溫度測量精度0.01℃。可直接獲得被測樣品的氣相密度，并可以通過測量大量實驗數據進行擬合進而獲得第二維里系數B、第三維里系數C，以及EOS方程。

本文主要利用Burnett法對氮氣的pVT性質進行實驗研究，通過對溫度的自動控制和溫度、壓力的自動化測量，結合公司自行開發的數據測試分析軟件，直接獲得高精度的pVT數據。

樣品準備

樣品：原料：氮氣。

測試條件

測試儀器：DM1000 PVT測試儀；

測試方法：Burnett定溫膨脹法；

初始壓力：4.5MPa；

測試溫度：30℃~90℃。

測試過程

在定溫條件下，讓初始物質的量為n₀的試樣氣體通過多級膨脹，記錄各級膨脹后氣體的壓力，得到一系列的氣體壓縮因子，然后利用氣體壓縮因子的定義計算得到相應的氣體密度，避免了測量容積的體積標定和氣體質量的稱量，提高了實驗測量的精度。

測試結果

圖1 氮氣在不同溫度下的pVT性質

基于Burnett定溫膨脹原理，對氮氣在不同溫度（30、60和90℃）下進行多級等溫膨脹測試。實驗結果表明，溫度一定時，氮氣的密度隨壓力減小而逐漸降低；壓力一定時，氮氣的密度隨溫度升高而逐漸降低。與參數數據進行對比，其密度測試的準確性在±2%以內。