熱能與動力工程實驗-仝編XXXX110

2.5穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)2.5.1實驗?zāi)康?.穩(wěn)固和深化穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的根本理論，學(xué)習(xí)用平板法測定絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)。2.測定實驗材料的導(dǎo)熱系數(shù)。3.確定實驗材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系。2.5.2實驗原理穩(wěn)態(tài)平板法是一種應(yīng)用一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的根本原理來測定材料導(dǎo)熱系數(shù)的方法，可以用來進行導(dǎo)熱系數(shù)的測定試驗，測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)及其和溫度的關(guān)系。試驗設(shè)備是根據(jù)在一維穩(wěn)態(tài)情況下通過平板的導(dǎo)熱量和平板兩面的溫差成正比，和平板的厚度δ成正比，以及和導(dǎo)熱系數(shù)λ成正比的關(guān)系來設(shè)計的。我們知道，通過薄壁平板〔壁厚小于十分之一壁長和壁寬〕的穩(wěn)定導(dǎo)熱量為W〔1〕測定時，如果將平板兩面的溫差、平板厚度、垂直熱流方向的導(dǎo)熱面積F和通過平板的熱流量Q測定以后，就可以根據(jù)下式得出導(dǎo)熱系數(shù)：〔2〕需要指出，上式所得的導(dǎo)熱系數(shù)是在當時的平均溫度下材料的導(dǎo)熱系數(shù)值，此平均溫度為：〔3〕在不同的溫度和溫差條件下測出相應(yīng)的值，然后將值標在坐標圖內(nèi)，就可以得出的關(guān)系曲線。2.5.3實驗裝置穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)裝置圖如圖2.5.1所示。被試驗材料做成兩塊方形薄壁平板試件，面積為270×270mm2，實際導(dǎo)熱計算面積F為200×200mm2，平板厚度為mm2〔實測〕，平板試件分別被夾緊在加熱器的上、下熱面和上、下水套的冷面之間。加熱器的上下面和水套與試件的接觸面都設(shè)有銅板，以使溫度均勻。利用薄膜式加熱片來實現(xiàn)對上、下試件熱面的加熱，而上下水套的冷卻面是通過循環(huán)冷卻水〔或自來水〕來實現(xiàn)的。在中間200×200mm2部位上安設(shè)的加熱器為主加熱器。為了使主加熱器的熱量能夠全部單向通過上下兩個試件，并通過水套的冷水帶走，在主加熱器四周(即200×200mm2之外的四側(cè))設(shè)有四個輔助加熱器，測試時控制使主加熱器以外的四周保持與中間主加熱器的溫度相一致，以免熱流量向旁側(cè)散失。主加熱器的中心溫度(或)和水套冷面的中心溫度(或)用四個鎳鉻-康銅熱電偶埋設(shè)在銅板上來測量：輔助加熱器1和輔助加熱器2的熱面也分別設(shè)置兩個輔助鎳鉻-康銅熱電偶和〔埋設(shè)在銅板的相應(yīng)位置上〕。其中輔助熱電偶(或)接到溫度巡檢儀上，與主加熱器中心的主熱電阻(或)的溫度相比擬，通過跟蹤調(diào)節(jié)使全部輔助加熱器都跟蹤與主加熱器的溫度相一致。而在試驗進行時，可以通過熱電阻(或)和熱電(或)測量出一個試件的兩個外表的中心溫度。也可以再測量一個輔助熱電阻的溫度，以便與主熱電阻的溫度相比擬，從而了解主、輔加熱器的控制和跟蹤情況。溫度是利用萬能信號輸入8電巡檢儀測量的，主加熱器的電功率可以用直流穩(wěn)壓電源的電壓表和電流表來測量。圖2.5.1穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導(dǎo)熱系數(shù)裝置圖1.水冷箱；2.輔助加熱器；3.主加熱器；4.銅板；5.試件實驗臺主要參數(shù)：1.主加熱器電阻值：1002.輔加熱器〔每個〕電阻值：4×253.熱電偶：E型4.試件最高加熱溫度：≤805.主加熱器電壓直流：0—50V，電流0—2A〔可調(diào)〕6.輔助加熱器電壓直流：0—50V，電流0—2A〔可調(diào)〕2.5.4實驗方法與步驟1.將兩個平板試件仔細地安裝在加熱器的上下面，試件外表應(yīng)與銅板嚴密接觸，不應(yīng)有空隙存在。在試件、加熱器和水套等安裝入位后，加壓一定的重物，以使它們都能緊密接觸。2.聯(lián)接和仔細檢查各接線電路。將主加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的主加熱器電源接線端子上，同樣將輔助加熱器的兩根導(dǎo)線接到儀表箱的輔助加熱器電源接線端子上。將測溫熱電偶的導(dǎo)線接到配電箱對應(yīng)的接線端子上。關(guān)閉主、輔加熱電源開關(guān)及水泵開關(guān)；翻開總電源開關(guān),并檢查各熱電阻信號〔溫度〕是否正?！哺疽恢隆场?.翻開水泵開關(guān)，檢查冷卻水水泵及其通路能否正常工作，調(diào)節(jié)水閥門開度應(yīng)盡量一致。4.接通主加熱器電源，并調(diào)節(jié)到適宜的電壓〔建議由低至高間隔5V或10V逐漸分段加熱〕，開始加溫，然后開啟輔助加熱電源使加溫電壓與主加熱器電壓接近，一段時間后，觀察輔助加熱面的溫度是否與主加熱面的溫度一致，然后適當調(diào)整輔助加熱器的電壓〔高那么降低、低那么增加〕來跟蹤調(diào)整使主、輔加熱溫度相一致。在加溫過程中，可通過各測溫點的測量值來控制和了解加熱情況。開始時，可先不啟動冷水泵，待試件的熱面溫度到達一定水平后，再啟動水泵〔或接通自來水〕，向上下水套通入冷卻水。試驗經(jīng)過一段時間后，試件的熱面溫度和冷面溫度開始趨于穩(wěn)定。在這個過程中可以適當調(diào)節(jié)主加熱器電源、輔助加熱器電源的電壓，使其更快或更利于到達穩(wěn)定狀態(tài)。待溫度根本穩(wěn)定后，就可以每隔一段時間進行一次電功率W〔或電壓V和電流I〕讀數(shù)記錄和溫度測量，從而得到穩(wěn)定的測試結(jié)果。5.一個工況實驗后，可以將設(shè)備調(diào)到另一工況，既調(diào)節(jié)主加熱器功率后，再按上述方法進行測試得到另一工況的穩(wěn)定測試結(jié)果。調(diào)節(jié)的電功率不宜過大，一般在5~10W為宜。6.根據(jù)實驗要求，進行屢次工況的測試?！补r以從低溫到高溫為宜〕。7.測試結(jié)束后，先切斷加熱器電源，經(jīng)過10分鐘左右再關(guān)閉水泵〔或停放自來水〕。2.5.5實驗數(shù)據(jù)及處理試件材料：試件厚度：mm試件外型尺寸：mm2導(dǎo)熱計算面積F：mm2表2.5.1穩(wěn)態(tài)平板法測定導(dǎo)熱系數(shù)實驗記錄計算表測讀時間熱面溫度冷面溫度輔助加熱器/℃/℃主加熱器//℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃/℃U/VI/A注：〔1〕導(dǎo)熱量〔即主加熱器的電功率〕：Q=U·IW其中，U——主加熱器的電壓值，V；I——主加熱器的電流值，A。由于設(shè)備為雙試件型，導(dǎo)熱量向上下兩個試件〔試件1和試件2〕傳導(dǎo)，所以W〔2〕試件兩面的溫差：℃其中，——試件的熱面溫度〔即或〕，℃——試件的冷面溫度〔即或〕，℃〔3〕平均溫度為：℃所以，平均溫度為時的導(dǎo)熱系數(shù)：2.5.6實驗分析將不同平均溫度下測定的材料導(dǎo)熱系數(shù)在坐標中得出的關(guān)系曲線，并求出的關(guān)系式。2.6非穩(wěn)態(tài)〔準穩(wěn)態(tài)〕法測材料的導(dǎo)熱性能2.6.1實驗?zāi)康?.本實驗屬于創(chuàng)新型實驗，要求學(xué)生自己選擇不同原料、按照不同配比進行加工出新型實驗材料，并對該材料的熱物性〔密度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熱擴散率〕進行實驗測量。2.測量絕熱材料〔不良導(dǎo)體〕的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱，掌握其測試原理和方法。3.掌握使用熱電偶測量溫差的方法。2.6.2實驗原理本實驗是根據(jù)第二類邊界條件，無限大平板的導(dǎo)熱問題來設(shè)計的。設(shè)平板厚度為2δ，初始溫度為t0，平板兩面受恒定的熱流密度qc均勻加熱〔見圖2.6.1〕。圖2.6.1第二類邊界條件無限大平板導(dǎo)熱的物理模型根據(jù)導(dǎo)熱微分方程式、初始條件和第二類邊界條件，對于任一瞬間沿平板厚度方向的溫度分布t(x，τ)可由下面方程組解得；圖2.6.1第二類邊界條件無限大平板導(dǎo)熱的物理模型方程組的解為：1第二類方程組的解為：〔1〕式中，τ——時間，s；λ——平板的導(dǎo)熱系數(shù)，w/m?℃；——平板的熱擴散率，m2/s；——，n=1，2，3，……；F0——，傅立葉準那么數(shù)；t0——初始溫度(℃)；——沿x方向從端面向平板加熱的恒定熱流密度，w/m2。隨著時間τ的延長，F(xiàn)0數(shù)變大，式〔1〕中級數(shù)和項愈小。當F0>0.5時，級數(shù)項和變得很小，可以忽略，式〔1〕變成：〔2〕由此可見，當F0>0.5后，平板各處溫度和時間成線性關(guān)系，溫度隨時間變化的速率是常數(shù)，并且到處相同。這種狀態(tài)稱為準穩(wěn)態(tài)。在準態(tài)時，平板中心面x=0處的溫度為：〔2〕平板加熱面x=δ處為：〔3〕此兩面的溫差為：〔4〕如qc和δ，再測出Δt，就可以由式〔4〕求出導(dǎo)熱系數(shù)：〔5〕實際上，無限大平板是無法實現(xiàn)的，實驗總是用有限尺寸的試件。一般可認為，試件的橫向尺寸為厚度的6倍以上時，兩側(cè)散熱試件中心的溫度影響可以忽略不計。試件兩端面中心處的溫度差就等于無限大平板兩端面的溫度差。根據(jù)勢平衡原理，在準態(tài)時，有：〔6〕式中，F(xiàn)——試件的橫截面，m2；c——試件的比熱，J/kg?℃；ρ——試件的密度，kg/m3；——準穩(wěn)態(tài)時的溫升速率，℃/s。由上式可得比熱：〔7〕實驗時，以試件中心處為準。按定義，材料的導(dǎo)溫系數(shù)可表示為m2/s〔8〕綜上所述，應(yīng)用恒熱流準穩(wěn)態(tài)平板法測試材料熱物性時，在一個實驗上可同時測出材料的三個重要熱物性---導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和導(dǎo)溫系數(shù)。2.6.3實驗裝置實驗設(shè)備包括破碎機、攪拌機、烘干機、電子天平、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱儀、計算機和實驗控制軟件。實驗裝置本體如圖2.6.2所示。圖2.6.2實驗裝置本體實驗時，將四個試件迭放在一起，分別在試件1和2及試件3和4之間放入加熱器1和2，試件和加熱器要對齊。熱電偶放在試件2的兩側(cè)，熱電偶測溫頭要放在試件中心部位。放好絕熱層后，適當加以壓力，以保持各試件之間接觸良好。1.加熱器采用高電阻康銅箔平面加熱器，康銅箔厚度僅為20μm，加上保護箔的絕緣薄膜，總共只有70μm。其電阻值穩(wěn)定，在0~100℃范圍內(nèi)幾乎不變。加熱器的面積和試件的端面積相同，也是145mm×145mm的正方形。兩個加熱器的電阻值應(yīng)盡量相同，相差應(yīng)在0.1%以內(nèi)。2.絕熱層用導(dǎo)熱系數(shù)比試件小的材料作絕熱層，力求減少熱量通過，使試件1，4與絕熱層的接觸面接近絕熱。這樣，可假定式〔5〕中的熱量qc等于加熱器發(fā)出熱量的0.5倍。3.熱電偶利用熱電偶測量試件2兩面的溫差及試件2、3接觸面中心處的溫升速率，熱電偶由0.1mm的康銅絲制成。2.6.4實驗方法與步驟1.選用不同原料，進行破碎加工，按照不同配比，攪拌混合均勻，加工成150mm×150mm，厚δ〔10～20mm〕的材料，放在烘干機內(nèi)烘干。2.用卡尺測量試件的尺寸：面積F和厚度δ，并用天平稱其稱重。3.按圖2放好試件、加熱器和熱電偶，接好電源，接通穩(wěn)壓器，并將穩(wěn)壓器預(yù)熱10分鐘。4.接通加熱器開關(guān)，給加熱器通以恒定電流。同時啟動秒表，每隔一分鐘測讀一組數(shù)值。經(jīng)過一段時間后〔隨所測材料而不同，一般為10～20分鐘〕，系統(tǒng)進入準狀態(tài)，兩個熱電偶的溫差〔即〔5〕式中的Δt〕幾乎保持不變，并記下加熱器的電源值U、I。5.第一次實驗結(jié)束，將加熱器開關(guān)切斷，取下試件及加熱器，用電扇將加熱器吹涼，待其和室溫平衡后才能繼續(xù)作下一次實驗。試件不能連續(xù)做實驗，必須經(jīng)過四小時以上放置，使其冷卻至與室溫平衡后，才能再作下一次實驗。6.實驗全部結(jié)束后，必須切斷電源，一切恢復(fù)原狀。2.6.5實驗數(shù)據(jù)及處理1.實驗記錄：實驗裝置名稱：實驗臺號：試件名稱：試件厚度δ=mm試材面積=mm2試件重量：g試件密度ρ=㎏/m3 室溫=℃加熱電壓U=V加熱器電流I=A表2.6.1實驗數(shù)據(jù)記錄表時間τ/s熱面溫度t2/℃冷面溫度t1/℃時間τ/s熱面溫度t2/℃冷面溫度t1/℃時間τ/s熱面溫度t2/℃冷面溫度t1/℃2.結(jié)果計算：a．熱流密度qcb．準穩(wěn)態(tài)時的溫差Δt〔平均值〕c．準穩(wěn)態(tài)時的溫升速率然后，即可計算出試件的導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱c和熱擴散率a。2.7空氣橫掠管束時的強迫對流換熱實驗2.7.1實驗?zāi)康?.測定空氣橫掠管束時的平均換熱系數(shù)，并將實驗數(shù)據(jù)整理成準那么方程式；2.熟悉實驗原理及裝置，掌握測定流速、熱流量、溫度的方法。3.通過對實驗數(shù)據(jù)的綜合整理，進一步了解相似理論的應(yīng)用。2.7.2實驗原理1.根據(jù)牛頓冷卻公式，壁面平均換熱系數(shù)為：〔1〕式中，——管壁平均換熱系數(shù)，W/m2·℃；——管壁平均溫度，取所有管束測得的溫度的平均，℃；

——流體的平均溫度，取空氣進口與出口溫度的平均，℃；

——管壁的換熱面積，；

——對流換熱量，W。本實驗采用電加熱，電加熱器所產(chǎn)生的總熱量，除了以對流方式由管壁傳給空氣外，還有一局部是以輻射方式傳出。因此，對流換熱量Qc為〔2〕〔3〕式中，Qr——輻射換熱量，W；W——加熱電功率，W；——試管外表黑度，=0.6~0.7；——絕對黑體輻射系數(shù)，。2.根據(jù)相似理論，流體強制流過物體時的傳熱系數(shù)與流體流速、物體幾何參數(shù)、物體間的相對幾何位置以及物性等的關(guān)系可用以下準數(shù)方程式描述：〔4〕實驗研究說明，空氣橫向流過管束外表時，由于空氣普郎特數(shù)〔Pr=0.7〕為常數(shù)，故一般可將上式簡化成，進一步整理成以下的指數(shù)形式：〔5〕式中，，k——均為常數(shù)，由實驗確定；Nu——努塞爾準那么數(shù)，；Re——雷諾準那么數(shù)，Re上述各準那么中，——實驗管外徑，作為定性尺寸，m；——空氣導(dǎo)熱系數(shù)，由定性溫度查表確定，W/m·℃；——空氣流過實驗管最窄截面處流速，m/s；——空氣運動粘度，由定性溫度查表確定，m2/s?！?〕定性溫度：空氣邊界層平均溫度tm=。式中，tw——實驗管壁面平均溫度，℃；tf——空氣平均溫度，取空氣進口與出口溫度的平均，tf=，℃?！?〕空氣流速的計算采用畢托管在測速段截面中心點進行測量，測得的動壓頭為，那么空氣流速為：〔6〕式中，——畢托管測得的動壓頭，Pa；——空氣的密度，由畢托管處的空氣溫度〔即空氣進口溫度〕查表確定，kg／m3；由上式計算所得的流速是測速截面處的流速，而準那么式中的流速是指流體流過實驗管最窄截面的流速，由連續(xù)性方程：〔7〕〔8〕式中，u——畢托管測速處流體流速，m/s；F速——測速處流道截面積，mm2；F束——測試管束處流道截面積，mm2；L——實驗管有效管長，mm；d——實驗管外徑，mm；m——測試管束處實驗管數(shù)。3.本實驗的任務(wù)在于確定C與k的數(shù)值，首先使空氣流速一定，然后測定有關(guān)的數(shù)據(jù)：電功率W、管壁溫度tw、空氣進口溫度tf1、空氣出口溫度tf2、畢托管動壓頭為。至于和在實驗中無法直接測得，可通過計算求得，而物性參數(shù)可在有關(guān)書中查得。得到一組數(shù)據(jù)后，可得一組Re、Nu值；改變空氣流速來改變Re值，重復(fù)測量便可得到一系列數(shù)據(jù)，再得一組Re、Nu值。在雙對數(shù)坐標紙上，以Nu為縱軸，Re為橫軸，將各工況點出，它們的規(guī)律可近似地用一直線表示：〔9〕那么Nu和Re之間的關(guān)系可近似表示為一指數(shù)方程的形式：〔10〕為直線的截距，k為直線的斜率，取直線上的兩點，即可得〔11〕注意：為減少取點誤差起見，可多取一些點，得出多對C、k值，然后取其平均值作為最后的C、k值。2.7.3實驗裝置圖2.7.1對流換熱綜合實驗臺1.電源開關(guān)；2.儀表開關(guān)；3.交流供電開關(guān)；4.交流調(diào)壓旋鈕；5.直流大功率電源；6.壓差表；7.交流功率表；8.電流表；9.電壓表；10.十六路溫度巡檢儀；11.四路溫度巡檢儀；12.畢托管；13.風(fēng)道；14.熱電偶〔測來流溫〕；15.熱電偶〔測管壁溫〕；16.管束試件〔順、叉排〕；17.交流供電電極；18.變頻器圖2.7.2管束的排列及尺寸圖2.7.3翅片管尺寸2.7.4實驗方法與步驟1.連接并檢查所有線路和設(shè)備，在儀表正常工作后，關(guān)閉直流供電電源！將交流供電源開關(guān)翻開，調(diào)節(jié)旋紐先轉(zhuǎn)至零位。2.然后點擊變頻器的RUN/STOP鍵，啟動風(fēng)機，然后調(diào)節(jié)風(fēng)機變頻器到10Hz左右。3.將交流電調(diào)節(jié)旋紐轉(zhuǎn)至適當位置，注意觀察控制箱面板上的功率表，并逐步提高輸出功率，對管束緩慢加熱。為防止損壞配件，又能到達足夠的測溫準確度，加熱功率大小的調(diào)整以使壁面溫度控制在80℃以下為原那么。4.保持加熱功率不變，巡檢儀上各溫度顯示根本穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)在表1中。5.再將風(fēng)機頻率由0—50Hz定值遞增，每改變一次待穩(wěn)定后可測到一組數(shù)據(jù)。試驗時對每一種排列的管子，空氣流速可調(diào)整5個工況以上，都須保持加熱功率不變。溫度的上下應(yīng)根據(jù)管子排列不同及風(fēng)速大小適當調(diào)整，保持管壁與空氣來流有適當?shù)臏夭罴纯伞?.同時觀察到畢托管測速風(fēng)壓顯示。因此調(diào)壓、調(diào)頻應(yīng)配合調(diào)整直到系統(tǒng)穩(wěn)定并便于讀取溫度、風(fēng)壓、電功率。2.7.5實驗數(shù)據(jù)及處理1.記錄和計算：實驗裝置名稱：實驗臺號：管束形式：mmmm實驗管總數(shù)n=測試管束處實驗管數(shù)m=實驗管外徑d=mm實驗管有效長度L=mm管壁換熱面積=mm2測速處流道截面積F測=mm2測試管束處流道截面積F束=mm2表2.7.1為實驗數(shù)據(jù)記錄表，表2.7.2為實驗計算表。2.在雙對數(shù)坐標紙上繪出各實驗點，并求出準那么方程式。2.7.6考前須知1.首先了解試驗裝置的各個組成局部，并熟悉儀表的使用，以免損壞儀器。2.為確保管壁溫度不至超出允許的范圍，啟動及工況改變時都必須注意操作順序。啟動電源之前，先將電源調(diào)節(jié)旋鈕轉(zhuǎn)至零位：3.啟動時必須先開風(fēng)機，調(diào)整風(fēng)速，然后對試驗管通電加熱，并調(diào)整到要求的工況。注意電流表上的讀數(shù)，不允許超出工作電流參考值。試驗完畢時，必須先關(guān)加熱電源，待試件冷卻后，再關(guān)風(fēng)機。實驗次數(shù)W/W/Pa管束試件壁溫/℃空氣溫度/℃123456表2.7.1實驗數(shù)據(jù)記錄表實驗次數(shù)tm/℃/W/m·℃/m2/s/kg／m3Qr/WQc/Wh/W/m2·℃u/m/s/m/sReNulgRelgNu123456表2.7.2實驗計算表2.8中溫法向輻射時物體黑度的測定2.8.1實驗?zāi)康挠帽葦M法，定性地測量中溫輻射時物體黑度。2.8.2實驗原理1.由n個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)中，利用凈輻射法，可以求物體i的凈換熱量Q〔1〕式中，Qnet.i——i面的凈輻射換熱量；Qabs.i——i面從其他外表的吸熱量；Qe.i——i面本身的輻射熱量；——i面的黑度〔或稱發(fā)射率〕；Xk，I——k面對i面的角系數(shù)；Eeff.k——k面有效的輻射力；Eb.i——i面的黑體輻射力；——i面的吸收率；Fi——i面的輻射面積。2.根據(jù)本實驗的設(shè)備情況，如圖2.8.1所示，可以作如下假定：〔1〕熱源1和傳導(dǎo)圓筒2為黑體?！?〕熱源1、傳導(dǎo)圓筒2、待測物體〔受體〕3，它們外表上的溫度均勻。圖2.8.1輻射換熱簡圖1.熱源；2.傳導(dǎo)圓筒；3.待測物體在這種特定條件下，由凈輻射法得出待測物體3的凈輻射換熱量：〔2〕根據(jù)角系數(shù)的互換性F2X2,3=F3X3,2，又F1=F3；3=；X3,2=X1,2，得：〔3〕由于受體3與環(huán)境主要以自然對流方式換熱，因此：〔4〕式中，——對流換熱系數(shù)；——待測物體〔受體〕溫度；——室內(nèi)環(huán)境溫度。由〔3〕、〔4〕式得：〔5〕當熱源1和傳導(dǎo)圓筒2的外表溫度一致時，E=Eb.2，并考慮到體系1、2、3為封閉系統(tǒng)，那么：〔6〕由此，〔5〕式可寫成：〔7〕式中，稱為斯蒂芬-玻爾茨曼常數(shù)，其值為5.7×10-8。對不同待測物體〔受體〕a，b的黑度為：〔8〕〔9〕由于外部實驗條件相同，可假設(shè)，那么：〔10〕當b為黑體時，≈1，〔10〕式可寫成：〔11〕2.8.3實驗裝置實驗裝置簡圖如圖2.8.2所示：圖2.8.2實驗裝置簡圖1.調(diào)壓器；2.測溫轉(zhuǎn)換開關(guān)；3.數(shù)顯溫度計；4.接線柱；5.導(dǎo)軌；6.受體；7.傳導(dǎo)體；8.熱源；9.導(dǎo)軌支架；10.熱源電壓表；11.接線柱；12.測溫接線柱；13.電源開關(guān)熱源腔體具有一個測溫熱電偶，傳導(dǎo)腔體有二個熱電偶，受體有一個熱電偶，它們都可通過琴鍵轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。2.8.4實驗方法與步驟實驗方法:本實驗儀器用比擬法定性地測定物體的黑度，具體方法是通過對三組加熱器電壓的調(diào)整〔熱源一組，傳導(dǎo)體兩組〕，使熱源和傳導(dǎo)體的測量點恒定在同一溫度上，然后分別將“待測〞〔受體為待測物體，具有原來的外表狀態(tài)〕和“假象黑體〞〔受體仍為待測物體，但外表薰黑〕兩種狀態(tài)的受體在恒溫條件下，測出受到輻射后的溫度，就可按公式計算出待測物體的黑度。實驗步驟：1.熱源腔體和受體腔體〔使用具有原來外表狀態(tài)的物體作為受體〕靠緊傳導(dǎo)體。2.結(jié)通電源，調(diào)整熱源〔加熱=1\*ROMANI〕、傳導(dǎo)體〔加熱=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII〕的調(diào)溫旋鈕，使熱源溫度在50℃至150℃范圍內(nèi)某一溫度，受熱約40分鐘左右，通過測溫轉(zhuǎn)換開關(guān)及測溫儀表測試熱源和傳導(dǎo)體的溫度，并根據(jù)測得的溫度微調(diào)相應(yīng)的電壓旋鈕，使三點溫度盡量一致。3.系統(tǒng)進入恒溫后〔各測溫點根本接近，且在五分鐘內(nèi)各點溫度波動小于3℃〕，開始測試受體溫度，當受體溫度五分鐘內(nèi)的變化小于3℃時，每隔5分鐘記下一組數(shù)據(jù)?！按郎y〞受體實驗結(jié)束。4.取下受體，將受體冷卻后，用松脂〔帶有松脂的松木〕或蠟燭將受體薰黑，然后重復(fù)以上實驗，測得第二組數(shù)據(jù)。2.8.5實驗數(shù)據(jù)及處理實驗裝置名稱：實驗臺號：室溫=℃表2.8.1實驗數(shù)據(jù)記錄表序號熱源溫度〔℃〕傳導(dǎo)體溫度〔℃〕受體溫度〔℃〕備注1受體為紫銅光面23平均〔℃〕序號熱源溫度〔℃〕傳導(dǎo)體溫度〔℃〕受體溫度〔℃〕備注1受體為紫銅薰黑23平均〔℃〕將兩組數(shù)據(jù)代入公式〔11〕即可得出待測物體a的黑度。2.8.6考前須知1.熱源及傳導(dǎo)的溫度不可超過160℃。2.每次做原始狀態(tài)實驗時，建議用汽油或酒精將待測物體外表擦凈，否那么，實驗結(jié)果將有較大出入。煤的工業(yè)分析煤是主要的工業(yè)燃料之一，了解煤的質(zhì)量和種類，對于合理利用和選擇燃料，節(jié)約能源是十分重要的。煤的工業(yè)分析與元素分析不同，它不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，在一般的實驗室中均可進行，因此掌握煤的工業(yè)分析方法，在煤的工業(yè)應(yīng)用中有著普遍意義。3.1.1實驗?zāi)康恼莆彰旱墓I(yè)分析方法，并由此了解判別煤的種類和質(zhì)量。3.1.2實驗原理煤的工業(yè)分析是測定煤的水分、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)率和固定碳的質(zhì)量百分含量。在測定揮發(fā)分產(chǎn)率的同時，利用坩堝中殘留的焦渣的特征，可以初步鑒定煤的粘結(jié)性。煤的工業(yè)分析主要是采用枯燥和加熱等方法?！矊τ谝后w燃料只作水分和灰分的測定。由于它的可燃成分與固體燃料不同，在受熱時，極易完全轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，所以不作揮發(fā)分和固定碳的測定。〕3.1.3實驗裝置1.帶蓋的稱量瓶2個，其直徑為40毫米，高25毫米和20毫升揮發(fā)坩堝2個。2.精度為萬分之一克的電子天平一臺、精度為十分之一克的電子秤一臺。3.玻璃枯燥器一個，枯燥劑為無水氯化鈣。4.溫度高于110℃并帶有調(diào)溫裝置的電烘箱一臺。5.能加熱到900℃以上并帶有溫度控制裝置的馬弗電爐一臺。6.淺盤兩個。3.1.4實驗內(nèi)容及步驟：1.煤的水分測定煤的水分包括外在水分和內(nèi)在水分。吸附或凝聚在煤顆粒內(nèi)部的毛細孔中的水稱為內(nèi)在水分；附著在煤顆粒外表上的水，稱為外在水分?！?〕外在水分〔外表水分〕的測定將盛有煤樣的試樣瓶取來，煤樣粒度為小于13mm，量不少于500g；搖動數(shù)分鐘使之混合均勻，然后把瓶蓋翻開，取出約200g試樣放入淺盤中測定質(zhì)量〔電子秤應(yīng)精確到0.1g〕。將煤樣散置放在淺盤中，厚度約10mm，隨即放入溫度為70—80℃的枯燥箱內(nèi)，烘干至質(zhì)量變化在每小時內(nèi)不超過1%為止。取出試樣再在室溫下自然枯燥24h，再稱質(zhì)量。按下式計算外表水分〔外在水分〕：〔1〕式中，——枯燥后煤樣的質(zhì)量，g；——原始煤樣的質(zhì)量，g。〔2〕內(nèi)在水分的測定〔分析基水分〕〔指空氣枯燥煤樣的水分含量〕煤的試樣需按規(guī)定的取樣方法取得，然后在空氣中風(fēng)干粉碎，粉碎后粒度應(yīng)通過60網(wǎng)目的篩孔〔煤樣粒度在0.2mm以下〕。用瓶嚴密封好〔該試樣稱為分析試樣〕，以備下項試驗用。選好稱量瓶，并用精度為萬分之一克的電子天平稱其重量；將試樣放入瓶中，搖動數(shù)次后再將試樣取出1克左右，放入稱量過的稱量瓶中，然后稱其重量；輕輕搖動稱量瓶中之試樣，翻開蓋子放入溫度為105--110℃的電烘箱中枯燥1h；試樣在電烘箱中枯燥1小時后取出，并立即蓋上蓋子，置于枯燥器中冷卻至室溫〔約20min〕后稱重；稱重后，再放入到電烘箱中枯燥0.5h，取出后稱重。如果前后兩次稱得的重量差小于0.001克，那么以最后一次稱量結(jié)果為依據(jù)，求出試樣之減量。假設(shè)大于0.001克那么還需重復(fù)步驟4。由下式求出煤樣的水分百分含量：去掉%〔2〕同一試樣同時做兩個，其允許誤差為0.2%以內(nèi)，取平均值。煤中全水分百分含量：〔3〕煤的應(yīng)用基，可通過所測得的外表水分及分析水分按下式計算，即空氣枯燥基〔分析基〕換算成應(yīng)用基(為全水)：〔4〕2.揮發(fā)分產(chǎn)率的測定將試樣取出1克左右，放入稱量過的揮發(fā)坩堝中，坩堝蓋好蓋子，置于溫度920℃的馬弗電爐中加熱7分鐘；坩堝取出后，在空氣中冷卻，冷卻時間不超過5分鐘，然后放入枯燥器中冷卻至室溫〔約20min〕后稱重；求出試樣減少的重量后按下式求得揮發(fā)分產(chǎn)率的百分含量：去掉%〔5〕記錄坩堝中殘留焦碳的外部特征，確定煤的粘結(jié)性序數(shù)〔1-8〕。=1\*GB3①粉狀全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒；=2\*GB3②粘著以手指輕壓即碎成粉狀；=3\*GB3③弱粘結(jié)以手指輕壓即碎成碎塊；=4\*GB3④不熔融粘結(jié)以手指用力壓，才裂成小塊。焦渣外表無光澤，下面稍有銀白色光澤；=5\*GB3⑤不膨脹熔融粘結(jié)焦渣呈扁平的餅狀，煤粒的界限不易分清，外表有銀白色金屬光澤；=6\*GB3⑥微膨脹熔融粘結(jié)用手指壓不碎，焦渣外表有銀白色金屬光澤。但焦渣外表具有較小的膨脹泡〔或小氣泡〕；=7\*GB3⑦膨脹熔融粘結(jié)焦渣的上下外表有銀白色金屬光澤明顯膨脹，但高度不超過15毫米；=8\*GB3⑧強膨脹熔融粘結(jié)焦渣的上下外表有銀白色金屬光澤，焦渣的高度大于15毫米。3.灰分及固定碳的測定1〕將試樣取出1克左右，放入稱量過的灰皿中，均勻地攤平，使其每立方厘米的質(zhì)量不超過0.15g；2〕將灰皿送入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，關(guān)上爐門并使爐門留有15mm左右的縫隙。在不少于30min的時間內(nèi)將爐溫緩慢升至500℃，并在此溫度下保存30min。繼續(xù)升溫到〔815±10〕℃，并在此溫度下灼燒1h。3〕將灰皿從爐中取出，在空氣中冷卻5min，再放入枯燥器內(nèi)冷卻至室溫〔約20min〕后稱重，此重量即為灰分的重量，并按下式算出灰分的百分含量：去掉%〔6〕3〕假設(shè)煤中含硫量不高而不需分析時，那么固定碳的含量可由下式求出：去掉%〔7〕式中、、、均為空氣枯燥煤樣〔即分析基〕的各成分的百分含量。3.1.5實驗數(shù)據(jù)及處理1.數(shù)據(jù)記錄表3.1.1煤的水分〔〕測定數(shù)據(jù)表煤樣編號外在水分測得平均值〔%〕稱量瓶編號重量〔g〕煤樣+稱量瓶重〔g〕煤樣重〔g〕煤樣+稱量瓶重〔g〕第一次枯燥后第二次枯燥后第三次枯燥后內(nèi)水分凈重〔g〕內(nèi)水分含量〔%〕表3.1.2煤的揮發(fā)分產(chǎn)率()測定數(shù)據(jù)表煤樣編號坩堝編號坩堝重〔g〕煤樣+坩堝重〔g〕煤樣重〔g〕灼燒后坩堝+殘渣重〔g〕灼燒后減輕量〔g〕揮發(fā)分產(chǎn)率〔%〕坩堝粘結(jié)性〔1-8〕表3.1.3煤的灰分〔〕測定數(shù)據(jù)表煤樣編號坩堝編號坩堝重〔g〕坩堝+煤樣重〔g〕煤樣重〔g〕煤樣+坩堝重〔g〕燒后灰分凈重〔g〕灰分〔%〕2.數(shù)據(jù)處理要求：〔1〕計算出煤的水分、揮發(fā)分產(chǎn)率、灰分、煤的固定碳的質(zhì)量百分含量；〔2〕將水分、揮發(fā)分產(chǎn)率、灰分、固定碳的分析基換算成應(yīng)用基；〔3〕初步鑒定煤的粘結(jié)性。表3.3.4實驗結(jié)果總表3.2燃料熱值的測定單位燃料完全燃燒后所放出的熱量稱為熱值〔或稱發(fā)熱量〕，它是衡量燃料質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。不同的工藝要求和熱工設(shè)備，需選用不同發(fā)熱量的燃料，以到達經(jīng)濟省能的目的。因此，必須了解燃料熱值的測定方法。這里介紹氣體燃料和固體燃料發(fā)熱量的測定方法。3.2.1氣體燃料發(fā)熱量的測定3.2.1.1實驗?zāi)康?.掌握氣體燃料〔或沸點低于250℃的輕質(zhì)揮發(fā)性液體燃料〕發(fā)熱量的測定方法。2.了解容克式熱量計的構(gòu)造、工作原理及操作。3.2.1.2實驗原理氣體燃料的熱值是指在溫度為0℃、壓力為760毫米汞柱下1標準立方米體積的枯燥可燃氣體完全燃燒時所釋放出的熱量。它的測定方法很多，本實驗采用最常用的容克式熱量計法。此法測定發(fā)熱量的原理是：使一定流量的氣體燃料〔或揮發(fā)性液體燃料〕完全燃燒所放出的熱量全部被一定流量的水吸收。當水溫穩(wěn)定時，可通過水的溫升計量吸收的燃燒反響熱效，再按下面公式求得燃料的發(fā)熱量：〔1〕式中，——燃料的用量〔在標準狀態(tài)下的體積〕，；——在燃料用量為V時通過熱量計的水量，；——水進入熱量計時的溫度，℃；t——水吸收熱量后的溫度，℃；——水的熱容量，〔4.182〕；——燃料的高發(fā)熱量，。本熱量計所測得的是高發(fā)熱量，它包含了燃燒產(chǎn)物中水分凝結(jié)時所放出的熱量。但是，在工業(yè)上應(yīng)用的是低發(fā)熱量，為了求得應(yīng)將水份凝結(jié)時所放出的熱量從高發(fā)熱量中減去，即：〔2〕式中，——每m3燃料燃燒后凝結(jié)水的重量，；——每千克蒸汽冷凝時所放出的熱量，。上面兩公式只適用于被測定的燃料體積處于標準狀態(tài)下〔0℃，760毫米水銀柱〕的情況。本實驗中，燃料的體積是在工作狀態(tài)下的，因此需將它按下式換算為標準狀態(tài)：〔3〕式中，——工作狀態(tài)下的燃料體積，；——燃料在工作狀態(tài)下的絕對壓力，；——燃料在工作狀態(tài)下的溫度，℃。設(shè)那么〔1〕式可寫成：〔4〕本實驗中，燃料進入熱量計以前，要通過流量計測量流量。流量計中有水，所以燃料在通過時必定含有飽和的水蒸汽，而公式中的'是指燃料枯燥時的壓力，因而在決定'時，必須從所測得的燃料飽和壓力中減去燃料在工作溫度下的飽和水蒸汽分壓，即：=燃料的絕對壓力-燃料在工作溫度下的飽和水蒸汽壓力3.2.1.3實驗裝置容克式熱量計一套，其結(jié)構(gòu)如圖3.1.1.1所示。圖3.1.1.1容克式熱量計結(jié)構(gòu)圖A.熱量計；B.煤氣流量計；C.煤氣壓力調(diào)節(jié)器；D.量筒；→表示水的流動方向；--表示廢氣流動方向；1.燃燒器；2.廢氣溫度調(diào)節(jié)閥；3.廢氣溫度計；4.進水管；5.水量調(diào)節(jié)閥；6、7.水銀溫度計；8.三通閥；9.冷凝水流出口；10.放水閥；11.保持進水壓力的水箱；12.保持出水壓力的水箱；13.煤氣溫度計；14.煤氣壓力計；15.重錘；16.多余水量流出口；17、18.出水口；19.燃燒器支架3.2.1.4實驗方法與步驟1.按圖1檢查煤氣系統(tǒng)是否接好，溫度計、壓力計是否安裝緊密，閉好水閥〔10〕；2.將三通閥〔8〕轉(zhuǎn)向出水口〔17〕并將水量調(diào)節(jié)閥撥到“4〞與“5〞之間，翻開水龍頭，使水流入熱量計，注意水流量不能太大，以水不溢出水箱〔11〕為限，然后觀察水箱〔12〕是否有水流出。如一定時間后水箱〔12〕中無水，那么應(yīng)檢查，找出原因；3.翻開燃燒器〔1〕上的開關(guān)和煤氣管上的煤氣閥門，如果流量計B的指針慢慢移動，煤氣壓力計〔14〕中的水柱平穩(wěn)上升，那么可以點燃燃燒器；4.如果煤氣壓力計〔14〕上的讀數(shù)約25毫米水柱左右〔即二液面之差為25毫米〕，那么將點燃后的燃燒器置于熱量計中〔如圖1所示〕。否那么應(yīng)加重或減少穩(wěn)壓器C上面的重錘〔15〕的片數(shù)，使煤氣壓力為25毫米水柱。燃燒器放入熱量計前應(yīng)轉(zhuǎn)動下部的圓片來調(diào)節(jié)空氣量，使火焰中呈蘭色的局部為最短；5.燃燒器放入熱量計時，應(yīng)位于圓筒的中心，然后固定在支架〔19〕上；6.燃燒器放入熱量計后，溫度計〔6〕的讀數(shù)開始升高，幾分鐘后即到達穩(wěn)定，溫度計〔6〕與〔7〕的讀數(shù)之差應(yīng)為10--12℃，如果不在此范圍內(nèi)，那么轉(zhuǎn)動水量調(diào)節(jié)閥〔5〕，使進入熱量計的水量增加或減少，以使溫度差調(diào)節(jié)到該范圍。調(diào)節(jié)時，調(diào)節(jié)閥〔5〕的轉(zhuǎn)動不能太大，且轉(zhuǎn)動后須等溫度到達穩(wěn)定時再進行轉(zhuǎn)動；7.轉(zhuǎn)動廢氣溫度調(diào)節(jié)閥〔2〕，使溫度計〔3〕與溫度計〔13〕的讀數(shù)相等。8.當所有的溫度計和壓力計的讀數(shù)穩(wěn)定并符合要求時，熱量計處于連續(xù)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，這時才可以開始測定發(fā)熱量。為了便于計算，每次實驗的煤氣量取為10升〔即0.01m3，流量計指針轉(zhuǎn)兩圈〕。在開始記錄煤氣量的同時，迅速撥通三通閥〔8〕使從熱量計出來的水進出水〔18〕流入量筒D中。當煤氣量到達10升時即迅速轉(zhuǎn)動三通閥〔8〕使水進出水〔17〕排入槽中。在每次測定過程中，須記錄溫度計〔3〕、〔6〕、〔7〕和壓力計〔14〕的讀數(shù)，共記錄5次〔即煤氣每流過2升記錄一次〕，然后取平均值進行計算。溫度計〔6〕和〔7〕的讀數(shù)應(yīng)精確到0.1℃以下。在開始記錄煤氣量的同時，將10ml的量筒放在冷凝水出口〔9〕的下面，結(jié)束時再將它移開，由于冷凝水較少，可在實驗幾次后取平均值。大氣壓力由實驗室內(nèi)氣壓計測得。3.2.1.5實驗數(shù)據(jù)及處理1.實驗記錄：實驗裝置名稱：實驗臺號：表3.2.1.1實驗數(shù)據(jù)記錄煤氣名稱：實驗次數(shù)記錄次數(shù)第一次第二次煤氣溫度：t′=℃tt0tt0煤氣溫度下的飽和水蒸汽壓1力:S=mmHg2大氣壓力:P=mmHg3煤氣壓力計壓力：4h=mmH2O=mmHg5水升高的溫度〔平均〕t-t0=(℃)通過水的流量G=〔kg〕燃燒煤氣量V′=〔m3〕凝結(jié)水的重量g=〔kg〕2.實驗結(jié)果計算煤氣壓力：mmHg換算系數(shù):先求工作狀態(tài)下燃料的發(fā)熱量:(5)(6)標準狀態(tài)下燃料的發(fā)熱量：(7)(8)表3.2.1.2毫米水柱和毫米水銀柱換算表水柱水銀柱水柱水銀柱水柱水銀柱水柱水銀柱1142740215284131629424173043518314461932457203346821344792235481023364911243750122538132639表3.2飽和水蒸汽壓力溫度t/℃飽和蒸汽壓毫米水銀柱溫度t/℃飽和蒸汽壓毫米水銀柱溫度t/℃飽和蒸汽壓毫米水銀柱010201112121222313234142451525616267172781828919293.3液體燃料性質(zhì)的測定隨著我國石油工業(yè)的開展，燃料油的應(yīng)用日益廣泛，因此了解燃料油的性質(zhì)對于燃料油的選用，燃燒設(shè)備的選用，組織燃燒都是十分重要的。液體動力燃料的主要性質(zhì)有：閃點、燃點、自燃點、粘度、比重、凝固點、發(fā)熱量等。本實驗介紹閃點、燃點、粘度的實驗。3.3.1燃料油粘度的測定3.3.1.1實驗?zāi)康牧私庖后w粘度的工業(yè)測定方法及溫度對粘度的影響。3.3.1.2實驗原理粘度是液體燃料的一個重要特性參數(shù)，對燃料的輸送、霧化和燃燒有較大影響。對液體燃料來說最常用的粘度單位有：即動粘度、運動粘度和條件粘度〔或稱相對粘度〕。這里介紹條件粘度。我國采用的條件粘度為國際上廣泛采用的恩氏粘度。在一定溫度t下一定量的試樣自恩格勒粘度計底部小孔流出200ml時所需的時間和在20℃下流出同體積純水所需的時間的比值稱為恩氏粘度。用符號表示：〔〕〔1〕水的流出時間為常數(shù)，稱為水值〔一般20℃時200ml的水流出時間為50~52秒〕，實驗時不進行這項測定，每臺儀器都已測好水值，并標在儀器上。3.3.1.3實驗裝置恩式粘度計如圖3.2.1.1所示。1.溫控儀探頭；2.手動攪拌器；3.恩式溫度計；4.加熱器；5.內(nèi)鍋蓋；6.內(nèi)鍋；7.外鍋；8.油面高度標志；9.木栓；10.流出管；11.支架；12.粘度計瓶；13.調(diào)整螺絲；14.溫控儀。3.3.1.4實驗方法與步驟1.先在外鍋中參加水或油〔水面最低應(yīng)比油面高10mm，80℃以下用水，80℃以上用油〕，然后把溫控儀探頭固定在支架上，探頭頭部要插入水中。2.用木栓堵住內(nèi)鍋低部之小孔，然后往內(nèi)鍋中參加試樣油，油面應(yīng)到達帶有三個尖釘?shù)募舛颂?，并在同一水平面上，蓋好內(nèi)鍋蓋，插入溫度計。3.翻開溫控儀開關(guān)，把溫控選擇旋紐放在所選擇的位置上，待油到達規(guī)定恰好溫度時，再保持5分鐘，然后迅速提起木塞，同時啟動秒表，當粘度計瓶內(nèi)的試液到達200毫升標線時〔泡沫不計〕，停秒表，讀取流出時間，準確至0.2秒，按上式計算試液的恩氏粘度。連續(xù)兩個測定結(jié)果的差數(shù)不應(yīng)超過以下數(shù)值：流出時間〔秒〕：250以下250—500501—1000>1000允許差值〔秒〕：13510取平行兩次測定結(jié)果的算術(shù)平均值，作為試液的恩氏粘度。實驗數(shù)據(jù)及處理1.實驗記錄：實驗裝置名稱：實驗臺號：K20=s室內(nèi)溫度=℃表3.3.1.1實驗數(shù)據(jù)記錄表序號液體名稱溫度t/℃時間/s流量/ml粘度/粘度平均值/動力粘度系數(shù)/m2/s12345678注：a.每種燃料油在一種溫度下測定兩次粘度，最后取平均值作為該溫度下的粘度；b.每種燃料油必須至少測定出三個溫度下的粘度值，否那么無法正確畫出溫度與粘度的關(guān)系曲線圖。c.動力粘度系數(shù)和恩氏粘度的關(guān)系為：m2/s2.結(jié)果分析：a.說明測定粘度的意義及溫度對粘度的影響，將其關(guān)系畫在坐標圖上；b.對實驗的準確性及造成誤差的原因加以說明。3.4煙氣成分分析在鍋爐測試和鍋爐運行中為了檢驗和監(jiān)督鍋爐運行工況的經(jīng)濟性和平安性，需進行鍋爐燃燒生成的煙氣取樣和分析組成成分。用奧氏氣體分析器分析煙氣中的主要成分為氧氣O2含量、三原子氣體〔CO2和SO2〕含量〔簡稱RO2含量〕、可燃氣體一氧化碳CO及氮氣N2含量。3.4.1實驗?zāi)康?.了解奧氏氣體成分分析器〔簡稱氣體分析器〕的構(gòu)造；2.掌握氣體分析器的使用方法和操作；3.了解并掌握吸收劑的配制及化學(xué)反響式。3.4.2實驗裝置與原理氣體分析器是一種基于煙氣容積分析器。主要是被分析煙氣試樣與各吸收劑反響后測量其減少的體積來確定其成分含量。氣體分析器中應(yīng)用的吸收劑應(yīng)能對煙氣中被測成分進行選擇性吸收。氣體分析器結(jié)構(gòu)簡圖為：由圖3.4.1可見，奧氏分析器主要由過濾器、吸收瓶、連通管和平衡瓶等組成。過濾器作為濾去煙氣中的飛灰，以免堵塞連通管。吸收瓶內(nèi)裝吸收劑，可選擇性地吸收煙氣中某些成分。量筒的作用為測定煙氣容積。平衡瓶為一下部與量筒相連的玻璃瓶，舉高平衡瓶可迫使煙氣試樣進入吸收瓶或排入大氣；放抵平衡瓶可吸回吸收瓶中的氣體或吸取煙氣試樣。圖3.4.1中的三通旋塞，可處于三種操作位置：在位置1時為吸取煙氣試樣位置；在位置2時為將管路中廢氣排往大氣的位置；在位置3時為已取好煙樣進行煙氣分析的位置。吸收瓶中充入氫氧化鉀的水溶液，以吸收煙氣中的RO2其反響式如下：〔1〕〔2〕圖3.4.1奧氏氣體分析器結(jié)構(gòu)簡圖〔a〕結(jié)構(gòu)簡圖〔b〕三通旋塞的操作位置吸收瓶9中裝有焦性沒食子酸的堿溶液，用以吸收煙氣中的O2，反響式如下：〔3〕吸收瓶10中裝有氯化亞銅氨溶液，用以吸收煙氣中的一氧化碳CO。3.4.3藥品的配制〔1〕CO2吸收劑：氫氧化鉀溶液的配制方法為將100g氫氧化鉀溶于200ml的蒸餾水中；〔2〕O2吸收劑：焦性沒食子酸的水溶液可按下面配制，在130ml蒸餾水中參加氫氧化鉀190g；將20g焦性沒食子酸溶于60ml蒸餾水中；最后將這兩種溶液混合配成；〔3〕CO吸收劑：將34g氯化亞銅溶解在氯化銨溶液〔42gNH3Cl溶解在125ml蒸餾水中〕，并向所得的混合液中參加25%氨水,直到CuCl2完全溶解為止(約84ml)，該溶液也很容易吸收O2；〔4〕封閉液的配制：5%H2SO4溶液加甲基橙指示劑數(shù)滴。3.4.4實驗方法與步驟奧氏氣體分析器分析煙氣成分的工作可以分為準備工作、抽取煙氣試樣工作和煙氣成分分析工作三個局部：〔1〕準備工作準備工作分為吸收劑等的注入和分析器密封性檢查兩方面。先將各吸收劑注入各吸收瓶中，平衡瓶中裝飽和鹽水并參加少量鹽酸和幾滴酚酞指示劑使呈微紅色以便觀察。水套中應(yīng)注滿蒸餾水，各旋塞在其接觸面上應(yīng)涂油脂。此后進行分析器各部件的密封檢查?！?〕煙氣取樣工作先排除可能隨煙氣進入的空氣或其它氣體。其法為使三通旋塞處于位置1，使取樣管與量筒接通，通過升降平衡瓶，使量筒先充滿吸入的煙氣，后又排除這局部煙氣。經(jīng)重復(fù)屢次操作后，使分析器中吸入煙氣確為煙氣試樣。在吸入煙氣試樣時，即可得到大氣壓力下的容積為100ml的煙氣試樣?？砷_始煙氣成分分析工作?！?〕煙氣成分分析工作及計算結(jié)果煙氣成分中應(yīng)最先使吸收劑吸收RO2。先升高平衡瓶，再翻開吸收瓶上的雙通旋塞使煙氣試樣壓入吸收瓶。往復(fù)利用平衡瓶使煙氣在吸收瓶中抽送4~5次后，將吸收瓶中吸收劑液位高度恢復(fù)到原位并關(guān)閉雙通旋塞。此時，對齊量筒與平衡瓶的液位，讀取此時氣體的容積為a。讀得的減少容積即反響了煙氣中RO2的容積百分數(shù)，即：100-a。用同法，可通過吸收瓶測定煙氣試樣中氧氣的容積百分數(shù)O2。此時氣體的容積為b，應(yīng)注意在量筒中讀得的容積減少值是RO2+O2的容積。因此O2的容積百分數(shù)含量應(yīng)是這次與上次讀數(shù)值的差值。即：a-b。不完全燃燒時，煙氣中干煙氣的實際容積為：〔4〕通常在煙氣分析儀中所測得的是干煙氣中各成分的容積百分比，即：〔5〕由于煙氣中一氧化碳含量很少，因此奧式分析儀難以測準，故實際上用它測定RO2和O2，而CO用計算方法算出，可查閱?鍋爐及鍋爐房設(shè)備?，這里不一一介紹。3.4.5實驗數(shù)據(jù)及處理1.記錄和計算：表3.4.1實驗數(shù)據(jù)表實驗編號煙氣成分吸收各成分后體積數(shù)成分氣體含量%RO2a=O2b=COc=N2d=注：各成分氣體的百分含量可按下式計算：〔6〕〔7〕〔8〕〔9〕式中，a——CO2吸收后的體積數(shù)，ml；b——CO2吸收后的體積數(shù)，ml；c——CO吸收后的體積數(shù)，ml；d——N2的體積數(shù)，ml。2.實驗分析1.用什么試劑吸收CO2、O2、CO？2.分析測定各成分氣體時，是按什么順序進行的？3.5可見火焰?zhèn)鞑ニ俣葘嶒灮鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣取布慈紵俣取呈菤怏w燃料燃燒的重要特性之一，它不僅對火焰的穩(wěn)定性和燃氣互換性有很大的影響，而且對燃燒方法的選擇、燃燒器設(shè)計和燃氣的平安使用也有實際意義。3.5.1實驗?zāi)康?.通過實驗，熟悉靜壓法〔管子法〕測定火焰?zhèn)鞑ニ俣取矄挝粫r間內(nèi)在單位火焰面積上所燃燒的可燃混合物的體積〕的方法。2.了解火焰?zhèn)鞑ニ俣萿0、火焰行進速度up和來流〔供氣〕速度us相互之間的關(guān)系。3.5.2實驗原理在一定的流量、濃度、溫度、壓力和管壁散熱情況下，當點燃一局部燃氣－空氣混合物時，在著火處形成一層極薄的燃燒火焰面。這層高溫燃燒火焰面加熱相鄰的燃氣－空氣混合物，使其溫度升高，當?shù)竭_著火溫度時，就開始著火形成新的焰面。這樣，焰面就不斷向未燃氣體方向移動，使每層氣體都相繼經(jīng)歷加熱、著火和燃燒過程，即燃燒火焰鋒面與新的可燃混合氣及燃燒產(chǎn)物之間進行著熱量交換和質(zhì)量交換。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∮煽扇蓟旌衔锏奈锢砘瘜W(xué)特性所決定，所以它是一個物理化學(xué)常數(shù)。設(shè)可燃混合氣在管內(nèi)的供氣速度為us，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹閡0，那么火焰行進速度up為：〔1〕當火焰鋒面駐定時up=0，可以近似認為火焰?zhèn)鞑ニ俣萿0等于來流速度us。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程式(等溫)，將燃氣和空氣測量流量換算成〔當?shù)卮髿鈮合隆呈⒉ＡЧ軆?nèi)的流量值，然后計算出混合氣的總流量Q，再根據(jù)流量求出us。圖3.5.1火焰?zhèn)鞑ナ疽鈭D3.5.3實驗裝置實驗裝置如下圖。圖3.5.2飽和蒸汽壓力和溫度關(guān)系實驗裝置圖風(fēng)機產(chǎn)生的空氣通過穩(wěn)壓罐、調(diào)壓閥、流量計后進入引射混合器，燃氣經(jīng)減壓器、調(diào)壓閥、流量計后在引射混合器中與空氣預(yù)混合，再經(jīng)二次穩(wěn)壓管、防回火器，進入石英玻璃管進行燃燒實驗。3.5.4實驗方法與步驟1.開啟排風(fēng)扇，保持室內(nèi)通風(fēng)，防止燃氣泄漏造成對人員的危害。2.起動風(fēng)機，翻開空氣進氣閥，按要求設(shè)定預(yù)混空氣壓力〔空氣壓力5kPa〕。3.3/h)。4.用點火槍在石英玻璃管出口端點燃可燃混合氣(注意：點火槍不能直接對著玻璃管中心，防止流動的可燃混合氣對點火花的吹熄)；如點火不成功，那么重新調(diào)整燃氣和空氣的流量，保證可燃混合物處在著火濃度極限范圍內(nèi)，直至點火成功。5.觀察石英玻璃管口的火焰形態(tài)。6.交替調(diào)節(jié)預(yù)混空氣調(diào)節(jié)閥和燃氣調(diào)節(jié)閥，使火焰呈預(yù)混合火焰的特征。7.微調(diào)空氣閥和燃氣閥，使可燃混合氣流量微量減小，致使石英玻璃管口火焰鋒面朝著可燃混合氣一側(cè)緩慢移動。當火焰鋒面根本置于石英玻璃管中間段位置時，微量調(diào)節(jié)空氣流量閥門，使可燃混合氣流量微量增大。當燃燒速度u0等于可燃氣的來流(供氣)速度us時，火焰行進速度up等于零，此時，火焰鋒面在空間駐定靜止不動。如果供氣速度調(diào)節(jié)過大，會造成火焰脫火；反之，會造成回火而吹熄；此時重復(fù)3~7過程，直至燃燒火焰鋒面在石英玻璃管中間段駐定而不移動。(火焰鋒面駐定參考參數(shù)：燃氣流量0.2L/min，燃氣壓力8kPa；空氣流量0.5m3/h，空氣壓力5kPa)8.記錄燃氣、空氣流量及壓力，環(huán)境溫度及當?shù)卮髿鈮骸?.關(guān)閉燃氣和空氣閥門，屢次點燃實驗玻璃管出口，一直到滯留在穩(wěn)壓管中所有混合氣全部燃燒完為止，然后整理實驗現(xiàn)場。3.5.5數(shù)據(jù)記錄及整理1.記錄和計算：實驗設(shè)備名稱：可見火焰?zhèn)鞑ニ俣葘嶒炁_儀器編號：大氣壓力B=Mpa室溫=℃石英玻璃管內(nèi)徑d=mm表3.5.1實驗記錄計算表實驗次數(shù)空氣流量Q1/m3/h空氣壓力P1/kPa燃氣流量Q2/L/min空氣壓力P2/kPa混合氣流量Q/m3/h火焰?zhèn)鞑ニ俣萿0/m/s1233.5.6實驗分析1.過量空氣系數(shù)(即空氣消耗系數(shù))和預(yù)熱空氣溫度對火焰的燃燒溫度、火焰?zhèn)鞑ニ俣扔泻斡绊懀?.倘假設(shè)石英玻璃管無限長且管內(nèi)充滿了可燃混合氣，一端閉口，一端開口；在開口端點火，產(chǎn)生行進火焰，請表達將會出現(xiàn)怎么樣的燃燒現(xiàn)象？工業(yè)鍋爐多管水循環(huán)實驗一、實驗?zāi)康?.觀察在自然條件下，平行管汽液雙相的流動結(jié)構(gòu)。2.掌握自然循環(huán)故障：停滯與倒流的現(xiàn)象。二、實驗原理自然循環(huán)鍋爐中的循環(huán)動力，是靠上升管與下降管之間的壓力差來維持的。它是由鍋筒〔汽包〕、下集箱、下降管和上升管組成。上升管由于受熱，工質(zhì)隨溫度升高而密度變??；或在一定的受熱強度及時間下，上升管會產(chǎn)生局部蒸汽，形成汽水混合物，從而也使上升管工質(zhì)密度大大降低。這樣，不受熱的下降管工質(zhì)密度與上升管工質(zhì)密度存在一個差值，依靠這個密度差產(chǎn)生的壓差，上升管的工質(zhì)向上流動，下降管的工質(zhì)向下流動進行補足，這便形成循環(huán)回路。只要上升管的受熱足以產(chǎn)生密度差，循環(huán)便不停止。循環(huán)回路是否正常，將影響到鍋爐的正常運行。如果是單循環(huán)回路〔只有一根上升管和下降管〕，由上升管上升至汽包的工質(zhì)將由下降管中完全得到補充，使上升管得到足夠的冷卻，因而循環(huán)是正常的。但鍋爐的水冷壁并非由簡單的回路各自獨立組成，而是由上升管并排組成受熱管組，享有共同的汽包、下降管、下集箱。這樣組成的自然循環(huán)比單循環(huán)具有更大的復(fù)雜性，各平行管之間的循環(huán)相互影響，在各管受熱不均勻的情況下，一些管子將出現(xiàn)停滯、倒流現(xiàn)象。1.循環(huán)停滯：當并列的上升管受熱不均時，管中的汽水混合物的密度便不等，受熱弱的上升管所產(chǎn)生的運動壓頭就比受熱強的上升管要小。當受熱管的運動壓頭小到不能保證上升管中的工質(zhì)以最低的允許速度做穩(wěn)定的流動時便會處于停止不動的狀態(tài)，這種現(xiàn)象就叫做循環(huán)停滯。當發(fā)生循環(huán)停滯時，傳熱情況將大大惡化，在管子彎頭等部位容易產(chǎn)生汽泡的積累使管壁得不到足夠的水膜來冷卻，而導(dǎo)致高溫破壞。如果上升管是直接引入汽包的蒸汽空間，那么在受熱弱的上升管的上部，將形成不動的自由水面，這樣管壁溫度將會急劇增高而使管壁過熱。二、循環(huán)倒流：當受熱弱的上升管循環(huán)流速等于負值時，上升管將發(fā)生流向顛倒，使上升管變?yōu)橄陆倒?，稱為循環(huán)倒流。發(fā)生循環(huán)倒流時，假設(shè)汽水混合物沿著整個管子平均地向下流動，暫時不會發(fā)生什么事故。但是，由于在受熱管子中不斷產(chǎn)生的一局部汽泡由于浮力的作用總是力圖上升的，所以汽泡的運動方向就與水的流動方向相反，而當汽泡上升的運動速度與水向下的運動速度相等時，便會發(fā)生汽泡的停滯，產(chǎn)生所謂的“汽塞〞現(xiàn)象，這時，發(fā)生“汽塞〞的管段就會因得不到有效的冷卻而很快地過熱燒壞。原來工質(zhì)向上流的上升管，變成了工質(zhì)自上而下流動的下降管。如倒流速度足夠大，也就是水量較多，那么有足夠的水來冷卻管壁，管子仍能可靠的工作。如倒流速度很小，那么蒸汽泡受浮力作用可能處于停滯狀態(tài)，容易在彎頭等處積累，使管壁受不到水的冷卻而過熱損壞。三、實驗裝置工業(yè)鍋爐多管循環(huán)實驗臺由十二根玻璃管做成上升管、六根玻璃管做成下降管、二個上鍋筒和二個下集箱所組成。系統(tǒng)安裝在支架上；每根上升管都纏繞有額定功率為500W的電加熱絲，每兩根加熱管共一個開關(guān)。上升管的加熱可以用加熱開關(guān)控制通、斷，可調(diào)節(jié)各上升管的加熱程度或停止加熱，從而可以演示出上升管和下降管中正常自然水循環(huán)系統(tǒng)中的水汽流態(tài)、泡狀、彈狀和柱狀汽泡的出現(xiàn)，也可以演示自然水循環(huán)中的常見的故障：停滯和倒流。演示時，可以通過交流電流表測定加熱電路中的電流大小，因市電壓可認為根本恒定。通過參數(shù)可計算出加熱電功率。圖1工業(yè)鍋爐多管循環(huán)實驗臺四、實驗方法與步驟1.使用前，首先加水至上鍋筒的水位線處。2.將六組調(diào)壓旋鈕調(diào)至零位，