氮气的pVT性质测试

p-V-T关系是流体最基本的热力学性质。p-V-T性质实验的测定是与理论方法相辅相成的，在准平衡状态下，工质的压力P，比容V，和温度t之间存在某种确定关系，即状态方程F(P，V，t)=0；理想气体的状态方程具有非常简单的形式：PV=nRT。具体测试某种气体的P，V，t关系，并将实测结果表示在坐标图上，是一种重要而有效研究气体工质热力性质的方法。

在进行气体性质研究时，可通过定容积法、Burnett定温膨胀法、Burnett定容膨胀法进行测量；其中Burnett法是目前研究物质状态方程为常用，也是相对成熟可靠的方法。本文使用Burnett定温膨胀法对氮气的pVT性质进行实验研究，即在定温条件下，让初始物质的量为n₀的试样气体通过多级膨胀，记录各级膨胀后气体的压力，得到一系列的气体压缩因子，然后利用气体压缩因子的定义计算得到直接相应的气体密度。

DM1000 PVT测试仪的压力范围0~10MPa，温度范围-30~120℃，温度压力范围较为宽广。压力测量精度0.02%FS、温度测量精度0.01℃。可直接获得被测样品的气相密度，并可以通过测量大量实验数据进行拟合进而获得第二维里系数B、第三维里系数C，以及EOS方程。

本文主要利用Burnett法对氮气的pVT性质进行实验研究，通过对温度的自动控制和温度、压力的自动化测量，结合公司自行开发的数据测试分析软件，直接获得高精度的pVT数据。

样品准备

样品：原料：氮气。

测试条件

测试仪器：DM1000 PVT测试仪；

测试方法：Burnett定温膨胀法；

初始压力：4.5MPa；

测试温度：30℃~90℃。

测试过程

在定温条件下，让初始物质的量为n₀的试样气体通过多级膨胀，记录各级膨胀后气体的压力，得到一系列的气体压缩因子，然后利用气体压缩因子的定义计算得到相应的气体密度，避免了测量容积的体积标定和气体质量的称量，提高了实验测量的精度。

测试结果

图1 氮气在不同温度下的pVT性质

基于Burnett定温膨胀原理，对氮气在不同温度（30、60和90℃）下进行多级等温膨胀测试。实验结果表明，温度一定时，氮气的密度随压力减小而逐渐降低；压力一定时，氮气的密度随温度升高而逐渐降低。与参数数据进行对比，其密度测试的准确性在±2%以内。