热工基础实验指导书难点.doc

热工基础实验实验指导书周露亮 编2016年2月目 录实验要求2实验一 饱和蒸汽压力和温度关系实验3实验二 热管换热器性能实验6实验三 套管换热器液-液换热实验8实验四 球体法粒状材料的导热系数的测定10实验五 平板法导热系数的测定13实验六 中温辐射黑度的测定16实验七 燃料发热量的测定18实验八 烟气分析22实验九 流体力学综合实验26实验十 热工过程参数综合测定30附录1 铜康铜热电偶分度表32附录2 精密数字温度温差仪使用方法33实验要求1实验前应预习与实验有关的教材内容和实验指导书，了解实验目的、实验原理、实验步骤和实验要求，做到心中有数。2在实验室要首先熟悉实验装置的构造特点、性能和使用方法，使用贵重仪器时需得到指导教师的许可，方可动用。3实验时应严肃认真、一丝不苟，细致地观察实验中的各种现象，并作好记录，通过实验，训练基本操作技能，培养科学的工作作风。4实验结束时，学生先自行检查全部实验记录，再经指导教师审阅后，方可结束实验。5实验时，如出现实验仪器损坏情况，应及时向指导教师报告。6按规定格式认真填写实验报告，并按期交出。实验一 饱和蒸汽压力和温度关系实验一、实验目的1、通过观察饱和蒸汽压力和温度变化的关系，加深对饱和状态的理解，从而树立液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，沸腾便会发生的基本概念。2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽pt关系图表的编制方法。3、观察小容积的饱和沸腾现象。二、实验设备本实验使用。实验装置主要由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表（0.101.5MPa）、调压器（0220V）、图1电压表（图中未示出）、水银温度计（0220）、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃窗等组成（参见图1）。采用电接点压力表的目的，在于使用中能限制压力的意外升高，起到安全保护作用。三、实验方法和步骤1. 熟悉实验装置的工作原理、性能和使用方法。2. 将调压器指针置于零位，然后接通电源。3. 将电接点压力表的上限压力指针拔到稍高于最高试验压力（例如0.8MPa）的位置。4. 将调压器输出电压调至200220V，待蒸汽压力升至接近于第一个设定的压力值时，将电压降至2050V左右（参考值）。由于热惯性，压力将会继续上升，待压力达到设定值时，再适当调整电压（提高或降低），使工况稳定（压力和温度基本保持不变）。此时，立即记录下蒸汽的压力和温度。重复上述实验，在00.8MPa（表压）范围内取不少于6个压力值，顺序分别进行测试。实验点应尽可能分布均匀。5. 实验完毕后，将调压器指针旋回零位，并断开电源。6. 记录实验环境的温度和大气压力。注意：1）本设备也可采用逐点自控压力的方法进行测试，在控制的压力值下，测定相对应的饱和温度。但利用电接点控制，接点时接时离，温度不易稳定，且有损设备的使用寿命，所以不推荐使用。2）本装置允许使用压力为0.8MPa（表压），不可超压操作。几点建议：1）教师可经过多次实验，找出与设定工况相应的电压值，以便缩短测试时间，提高测试精度。2）为缩短实验课课时，指导教师可提前开启预热设备。（注意：为安全起见，应利用限压装置）。3）测试时，建议以从低到高的顺序进行测试。4）实验时，不必硬性规定各测试点的数值，可根据实验情况，在适当的稳定工况下，测读出数据来。四、数据记录和处理 1. 记录与计算实验序数饱和压力MPa饱和温度误 差压力表P大 气压 力B绝对压力P=PB温度计读值t标准值tt=t-tt/t*1001234562、 绘制Pt关系曲线：将实验结果点在坐标中，清除特殊偏离点，绘制曲线。3、 整理成经验公式将实验点绘制在双对数坐标中，实验曲线将基本呈一直线，所以饱和水蒸汽压力和温度的关系可近似整理成下列经验公式：t=100五、思考题1、本装置允许使用压力为多少？2、实验在什么范围内取多少个压力值？3、绘制Pt关系曲线时P表示什么压强？实验二 热管换热器性能实验一、实验目的1 了解热管换热器实验台的工作原理；2 熟悉热管换热器实验台的使用方法；3 掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计算方法二、实验台的结构极其工作原理热管换热器实验台的结构如下图所示。1翅片热管；2热段风道；3冷段风道；4风机；5电加热器（I450W，II1000W）；6工况选择开关（I和II）；7热电偶；8测温切换开关；9热球风速仪（独立仪表）；10冷端热电偶接线柱；11电位差计接线柱；12风速测孔；13支架加热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片热管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算出换热器的换热量Q和传热系数K。三、实验台参数冷段出口面积Fl=0.09/4=0.0064m热段出口面积Fr=0.16=0.0256m冷段传热表面积fl=0.536m热段传热表面积fr=0.496m四、实验步骤1、联接电位差计和冷端热电偶。（如无冰条件，可不接冷端热电偶，而将冷端热电偶的接线柱短路。这样，测出的温度应加上室温）2、接通电源，将工况开关按在“工况I”位置（450W），此时电加热器和风机开始工作。3、用热球风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速。（为使测量工作在风道温度不超过40的情况下进行，必须在开机后立即测量）。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书。4、待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量冷,热段进出口温度tl1、tl2、Tr1、Tr2(参看实验台结构图)。5、将“工况开关”按在“工况II”位置，重复上述步骤，测量工况II的冷热段进出口温度。6、实验结束后，切断所有电源。五、实验数据处理1、数据记录工况序号风速v冷、热段进出口热电势mv冷段热段tl1tl2tr1tr2I123平均II123平均2、计算换热量、传热系数及热平衡误差；工况I（450W）冷段换热量 Ql=0.24（3600Vl.Fl.pl）(tl2-tl1) Kcal/h热段换热量 Qr=0.24（3600Vr.Fr.pr）(tr1-tr2) Kcal/h热平衡误差 &=（Qr-Ql）/Qr %传热系数 K=Ql/flt Kcal/m.h.C式中 vl,vr 冷、热段出口平均风速 m/s Fl,Fr 冷、热段出口段面积 m tl1,tr1,tl2,tr2冷段、热段进出口风温（参见图示）34实验三 套管换热器液-液换热实验一、实验目的1、测定在套管换热器中进行的液液热交换的传热总系数，流体在圆管内作强制湍流时的传热系数。2、对在强制对流下进行液液热交换过程，验证求算传热膜系数的关联式。3、通过实验取得新物系的传热系数的数据及其计算式。二、 实验设备本实验装置主要由套管热交换器（121.5mm的黄铜管为内管，202.0mm的有机玻璃管为套管所构成）、恒温循环水槽（控制恒温）、高位稳压水槽（保持水压恒定）以及一系列测量和控制仪表所组成，装置流程如图所示。三、实验的方法与步骤1、向恒温循环水槽灌入蒸馏水或软水，直至溢流管有水溢出为止。2、开启并调节通往高位稳压水槽的自来水阀门，使槽内充满水，并溢流管有水流出。3、将冰碎成细粒，放入冷阱中并掺入少许蒸馏水，使之浊状。将热电偶冷接点插入冰水中，盖严盖子4、循环水槽的温度自控装置的温度定为55。启动恒温水槽的电热器。等恒温水槽的水达到预定温度后即可开始实验。5、开启冷水截止球阀，测定冷水流量，实验过程中保持恒定。6、启动循环水泵，开启并调节热水调节阀。热水流量在60250L/h 范围内选取若干流量值（一般要求不少于45组测试数据），进行实验测定。7、每调节一次热水流量，待流量和温度都恒定后，再通过琴键开关，依次测定个点温度。四、实验结果整理1、实验设备基本参数。测试段长度：L= mm流体流通的横截面积：内管横截面积：S= mm2环隙横截面积：S= mm2热交换面积： 内管内壁表面积：Aw= mm2 内管外壁表面积：Aw= mm2 平均热交换面积；A = mm2 2实验数据记录：实验序号冷水流量热水流量温度测试截面I测试截面V,VT1TW1T1T2TW2T2Kg/sKg/s0C0C0C0C0C0C3.实验数据整理： （1）求取总传热系数；实验序号管内流速流体间温度差传热速率总传热系数uT1T2TmQKm.s-1KKKWW.m-2K-11234（2）由实验数据求取流体在圆形内做强制湍流时的对流换热系数h。实验数据可参考下表整理实验序号管内流速流体与壁面温差传热速率管内传热膜系数UT1-T2T2-TW2TmQMS-1KKKWm-2k-1Wm-2k-11234实验四 球体法粒状材料的导热系数的测定一、实验目的1. 巩固稳定导热的基本理论，学习球体法测定物质的导热系数的实验方法；2. 实验测定被测材料的导热系数；3. 绘制出材料导热系数与温度t的关系曲线。二、实验原理加热圆球（见图1）由两个壁厚1.2毫米的大小同心圆球（1）组成。小球内装有电加热器（2）用来产生热量。大球内壁与小球外壁各设有三对铜-康铜热电偶（4）。当温度达到稳定状态后，电加热器产生的热量全部通过中间的测试材料（3）传到外球，再由外球传给空气。1.大小同心球；2.电加热器；3.颗粒状试材；4.铜康铜热电偶；5.专用稳压电源；6.专用测试仪；7.底盘；8.UJ36a电位差计 测取小球的温度t1，t2，t3, 取其平均温度：T1=(t1+t2+t3)/3；测取大球的温度t4，t5, t6，取其平均温度：T2=(t4+t5+t6)/3；根据圆球导热公式：=UI(1/ D1-1/D2)/2（T1+ T2）-(1); 式中： U加热电压； I加热电流 ； D1小球直径 ； D2大球直径 ； 三、实验装置及主要技术指标实验装置YQF-1型导热系数测定仪的面板图见图二：1-电源开关；2-电源指示灯；3- 3.5位数显毫伏表；4-毫伏表调零电位器；5-补偿电压调节电位器；6-补偿按键；7-热电偶测量电压输出端；8-热电偶输入选择开关。 专用电源的面板图见图三：1-电源开关； 2-电源指示灯；3-电压表；4-电流表；5-过载指示灯；6-电源输出端；7-电源输出粗调； 8-电源输出细调。1加热圆球1.1测量温度范围：502001.2加热电压：060V 加热电流：01A（因不同的材料而不同）1.3圆球尺寸：小球直径D1=80mm 大球直径D2=160mm1.4稳定时间：约45小时2.导热系数测定仪2.1数显毫伏表：3.5位显示，量程020mV，测量精度：0.1%2个字2.2温度补偿范围：-1040，补偿精度0.53.专用电源：输出电压080V；输出电流01A四、实验方法和步骤使用前，先在加热圆球的顶部用漏斗装入测试材料，如果已加好试材，则可进行实验。1.按图3所示进行仪器的连接。稳压电源的输出通过电流表专用插头接到加热圆球底盘上的插座。电源输出“+”端串接电流表。电流表“-”与电源输出“-”端并接电压表。2.将15芯信号线的一端插入加热圆球底座（7）专用插座，另一端插到导热系数测定仪后面板上的15芯插座上。3.将稳压电源的输出调到最小位置，即粗调和细调均逆时针打到底。开启电源开关，指示灯亮。调节粗调和细调开关，改变输出电压，根据电压表和电流表的指示，调节加热功率至所需的电流和电压值。4.打开导热系数测定仪的电源开关。先进行数显毫伏表的调零。将面板右下方的输出端短接，用小一字螺丝刀调节右上角的调零电位器，使毫伏表显示为零。若已为零则无须调节。去掉短接线就可进行测量。5.若想检测仪器内部的温度补偿是否正常，只须按下“补偿”键，则数显毫负表显示的值即位补偿电压。对照环境温度，通过查看附录1即可知道补偿电压是否准确。若不准确，可用小一字螺丝刀微调“补偿”按键上方的补偿电位器至准确的补偿值即可。再按“补偿”按键使它弹起即回到测量状态。6.观察加热圆球的温度变化情况。当数显毫伏表或电位差计（UJ36a型）的读数不再变化，则表示温度已达到稳定。这时用精密电压表和电流表测得U和I的值，即可计算得到加热功率。转动导热系数测定仪上的输入选择旋钮（8）。这样就能选择6个热电偶进行分别测量。7输入选择旋钮测得的mA值加上补偿mA值即为热电偶测量值，对照附录1“铜康铜热电偶分度表”即可查得对应的测量温度。五、实验数据记录和处理1、实验完后记录实验数据记录，并整理填写下表：序号加热电流A加热电压V小球温度大球温度导热系数W/mt1mVt2mVt3mVT1t4mVt5mVt6mVT2导热系数根据式（1）计算2、绘制材料导热系数与温度t的关系曲线六、思考题1、为什么大球内壁与小球外壁要设三对热电偶？2、实验室内的空气流通对实验有何影响？实验五 平板法导热系数的测定一、实验目的1、利用物体的散热速率求导热速率2、测量物体在室温100多点的导热系数，绘制t曲线。二、实验原理导热是物体相互接触时，由高温部分向低温部分传递热量的过程。当温度的变化只是沿着一个方向(设Z方向)进行的时候,热传导的基本公式可写为 dQ = -(dT/dz) dsdt (2-9-1)它表示在dt时间内通过ds面的热量为dQ，dT/dz为温度梯度，为导热系数。 如图，待测物B的上下表面分和上下铜盘接触，热量由高温铜盘A通过待测物B向低温铜盘传递，若B很薄，则通过B侧面向周围环境的散热量可以忽略不计，视热量沿着垂直B的方向传递。那么，稳态导热的情况下，在t时间内，通过面积为S、厚度h的匀质板的热量为 Q = -(T/h)St (2-9-2) Q/t = -(T/h)S (2-9-3)T表示匀质圆板两板面的恒定温差，Q/t便为待测物的导热速率。只要知道了导热速率，由(2-9-3)式即可求出。实验中，使上铜盘A和下铜盘P分别达到恒定温度T1、T2，并设T1T2。即热量由上而下传递，通过下铜盘P向周围散热。因为T1和T2不变，所以，通过B的热量就等于P向周围散发的热量，即B的导热速率等于P的散热速率。因此，只要求出了P在温度T2时的散热速率，就求出了B的导热速率Q/t。因为P的上表面和B的下表面接触，所以P的散热面积只有下表面面积和侧面积之和，设为Sb。而实验中冷却曲线P是全部裸露于空气中测出来的，即在P的上下表面和侧面都散热的情况下记录出来的。设其全部表面积为Sc，根据散热速率与散热面积成正比的关系得(Q/t)b/(Q/t)c=Sb/Sc (2-9-4)式中：(Q/t)b为Sb面积的散热速率；(Q/t)c为Sc面积的散热速率。而散热速率(Q/t)b就等于(2-9-3)式中的导热速率Q/t，则(2-9-3)式便可写作：(Q/t)b = -(T/h)S (2-9-5)设下铜盘直径为D，厚度为，质量为m，比热容为C那么有Sb = (D/2)2+D；Sc = 2(D/2)2 +D (2-9-6)由比热容C = Q/mT得Q = cmT故 (Q/t)c = cmT/t (2-9-7)将(2-9-6)、(2-9-7)代入(2-9-4)式，得(Q/t)b = (D+4)/(2D+4).c.m.K 式中：K = T/t|T=T2 (2-9-8)得= cmKh(D + 4)/D2(T1- T2)(2D+4) (2-9-9)三、实验装置 四、实验步骤1、用游标卡尺多次测量下铜盘的直径D、厚度和待测物厚度L，然后取平均值。下铜盘的质量m由天平称出，其比热容C = 3.80510J/kg。2、安置圆筒、圆盘时，须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶同一侧。热电偶插入铜盘上的小孔时，要抹上些硅脂，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好，热电偶冷端插在冰水混合物中使温度控制在0。3、据稳态法，必须得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高效率，可先将电源电压打到高档，加热约20分钟后再打至低档。然后，每隔5分钟读一下温度示值，如在一段时间内（如10分钟）样品上、下表面温度T1、T2示值都不变，即可认为已达到稳定状态。记录稳态时T1、T2值后，移去样品，再加热，当下铜盘温度比T2高出10C左右时，移去圆筒，让下铜盘自然冷却。每隔30秒读一次下铜盘的温度示值，最后选取邻近的T2测量数据来求出散热速率。在采用PID自动控温时，可连续在50C 、 60C 、70C、 80C 、90C 、100时并使得在各点T1、T2值稳定不变（准稳定状态）。记录稳态时各温点T1、T2值后。照上述方法移去圆筒,让下铜盘自然冷却。每隔1020秒读一次下铜盘散热速率，代入公式进而测得样品在以上不同温度下的导热系数。4、本实验选用铜-康铜热电偶测温度，温差100时，其温差电动势约4.0mV，故应配用量程010mV，并能读到0.01mV的数字电压表（数字电压表前端采用自稳零放大器，故无须调零）。由于热电偶冷端温度为0，对一定材料的热电偶而言，当温度变化范围不大时，其温差电动势（mV）与待测温度（）的比值是一个常数。由此，在用式2-9-9计算时，直接以电动势值代表温度值。5、使用前将加热盘与散热盘面擦干净。样品两端擦净，可涂上少量硅油，以保证接触良好。注意，样品不能连续做试验，特别是橡皮、牛筋必须降至室温半小时以上才能进行下一次实验。6、在实验过程中，若移开电热板，就先关闭电源。移开热圆筒时，手应拿住固定轴转动，以免烫伤手。五、实验数据记录与处理1、列表记录下铜盘自然冷却的温度变化序 号123456时间间隔温度（）2、计算冷却速率和导热系数, 列表如下序 号铜盘温度时间s温差冷却速率 w/ 导热系数 w/mT1T2tT12343、绘制t曲线。六、思考题1、下铜盘散热速率等于待测物B导热速率的条件是什么？2、热电偶插入铜盘上的小孔时为什么要抹上些硅脂？3、怎样判断导热进入准稳定状态？4、用式2-9-9计算时，可否直接以电动势值代表温度值？为什么？实验六 中温辐射黑度的测定一、实验目的1、巩固黑度的概念和辐射理论知识2、用比较法定量地测定中温辐射时的黑度二、实验原理由n个物体组成的辐射换热系统中,利用净辐射法,可以求物体的净换热量。根据本实验的设备情况,可以认为:热源1、黑体腔体2为黑体；热源1、黑体腔体2、待测物体(受体)3的表面上的温度均匀 热源1 黑体腔体2待测物体(受体)3受体3的净换热量: 因为: ; . 又根据互换性则: （2）由于受体3与环境主要以自然对流方式换热,因此: （3） ： 待测物体(受体)温度 ： 环境温度由(2),(3)式可得: （4）当热源1和黑体腔体2的表面温度一致时,Eb1 - Eb2并考虑到,体系1、2、3为封闭系统,则: 由此,(4)式可写成: （5）对不同待测(受体)a、b的黑度为: ； 设 则 （6）当为黑体时,(6)式可写成 三、实验装置热源腔体具有一个测温热电偶,传导腔体有二个热电偶,受体有一个热电偶,它们都可以通过琴键转换开关来切换.本仪器用比较法定量地测定物体的黑度,具体方法是通过三组加热器电压的调整(热源一组,黑体腔体二组),使热源和黑体腔体的测温点稳定在同一温度上,然后分别将“待测”(受体为待测物体,具有原来的表面状态)和“黑体”(受体仍为待测物体,但表面薰黑)两种状态的受体在相同的表面温度条件下，分别测出受到辐射后的受体温度，就可按公式计算出待测物体的黑度.四、实验步骤1、 将热源腔体和受体(使用具有原来表面状态的物体作为受体)靠紧黑体腔体2、 接通电源、调整热源、黑体腔体左和右的调温旋钮，加热约分钟左右，使其三点温度尽量一致3、 系统进入恒温后（各测温点基本接近，且在五分钟内各点温度波动小于），开始测试受体温度，当受体温度变化小于/分钟，记下第一组数据。4、 取下受体，将受体冷却后，用松脂（带有松脂的松木）或蜡烛将受体薰黑，然后重复以上实验，测得第二组数据。5、注意事项）热源及腔体的温度不宜超过200）每次做原始状态实验时,用汽油或酒精将待测物体表面擦净,否则,实验结果将有较大出入.五、实验数据记录和处理1、实验数据记录，填写下表：热源腔体1腔体2受体试样(紫铜表面)黑体(紫铜熏黑)2、计算黑度。根据(6)式本实验所用计算公式为:实验七 燃料发热量的测定一.实验目的单位燃料完全燃烧后所放出的热量称为热值，它是衡量燃料质量优劣的重要指标之一。燃料热值可用氧弹量热计直接测定。1了解氧弹量热计的构造和使用，掌握固体燃料热值测定原理和方法。2测定量热计的热容量K值。3测定燃料的热值。二.实验原理将已知量的燃料置于密封容器（氧弹）中，通入氧气，点火使之完全燃烧，燃料所放出的热量传给周围的水，根据水温升高度数计算出燃料热值。测定时，除燃料外，点火丝燃烧，H2SO4 和HNO3的生成和溶解也放出热量；量热计本身（包括氧弹.温度计.搅拌器和外壳等）也吸收热量；此外量热计还向周围散失部分热量，这些计算时都应考虑加以修正。量热计系统在实验在条件下，温度升高1 所需要的热量称为量热计的热容量。测定之前，先使已知发热量的苯甲酸（量热计标准物质、热值为6329卡/克）在氧弹内燃烧，标定量热计的热容量K。设标定时总热效应为Q，测得温度升高为t，测得热容量为K = Q/t量热计的热容量如果已由实验室测定，同学可不必再测。测定时，再将已知量的被测燃料置于氧弹中燃烧，如测得温度高为tx，则燃烧总效应为： Qx = Ktx再经进一步修正计算出燃料的热值（具体计算方法见后面计算部分）。三.实验装置量热计的构造(见图1),氧弹的构造(见图2)。 1-搅动棒；2-外筒；3-内筒； 4-垫脚；5-氧弹；6-传感器；7-点火按键；8-电源开关 9-搅拌开关；10-点火输出负极；11-点火输出正极；12-搅拌指示灯；13-电源指示灯；14-点火指示灯。四.实验方法和步骤1煤样准备为保证完全燃烧测定热值的煤样,应粉碎至粒度小于0.2毫米,每次测定称煤样1.01.2克准备至0.0002克.2.点火丝点火丝有镍丝和铁丝,量出点火丝长度,计算点火丝重量(单位长度,点火丝重量实验室已测好).3.量热计用水量热计外筒中需注满与室温相差不超过0.5的水（一般已注好）.量热计内筒用蒸馏水,为减少散热误差,内筒水温应比外筒水温低0.7.内筒注入的水量,以保证水面没至氧弹进气阀的2/3高度为宜,约3000克,需精确至0.5克.4.装样料把氧弹的弹头放在弹头架上,将样品放入坩埚内,把坩埚放在燃烧架上.测量燃烧丝长度,然后将燃烧丝两端分别固定在弹头中的两根电极上,中部贴紧样品.(燃烧丝与坩埚壁不能相碰)在弹筒中注入10毫升的水,把弹头放入杯中（样品为苯甲酸，则不用注水）,用手拧紧。 5.充氧使用高压氧气瓶充氧必须严格遵守操作规程.开始先充入少量氧气(约0.5MPa) ,然后开启出口,借以赶出弹中空气.再充入约12MPa的氧气.6.装置安装将氧弹小心放入量热计内筒，接好点火电线，盖上量热计盖, 插入测温传感器探头，调好精密数字温度温差仪，打开搅拌开关和电源开关，实验开始读数,7. 实验读数 实验读数分为三期:初期,主期和末期,三个期互相衔接.初期:由读数开始至点火为初期,用以记录和观察周围环境与量热计在实验开始温度下热交换的关系,以求得散热校正值.初期内半分钟记录温度一次,直至得到11个读数为止.第11个读数作为燃烧前水的温度th.主期:从第11个读数开始,在此阶段燃烧试样所放出的热量传给水和量热计,并使量热计设备的各部分温度达到平衡.读取初期的第11个读数之后,立即接通点火开关,点火指示灯亮,随之在12秒内熄灭表示点火完毕,继续观察温度计读数,在主期内仍半分钟读取一次读数,并逐一记录下来.点火后最初几次温度读数,因上升很快不易读准,可只读到0.01,但不少漏读,待温度上升减缓以后,而恢复读到0.001,一般在第一个半分钟内温度变化不大,然后就开始迅速上升,达到最高值后,就开始降温,开始下降的第一个温度读数为止为主期,第一个下降的温度读数作为水的最终温度tK。温度在迅速升高后,也可能不再降低而继续上升,但上升愈来愈慢,这发生在室温较量热计温度为高的情况下.这种情况下,仍需每半分钟读一次温度读数,当这一温度变化每分钟不超过0.003时,即认为主期结束,主持最后一个温度读数为水的最终温度tK.末期:这一阶段的目的与初期相同,是为了观察实验终了温度下热交换的关系.主期的最后一个温度读数tK作为末期的第一个读数,此后仍每半分钟读取一次温度读数,至第11次读数,末期结束, 读数也结束.8装置拆卸实验完毕,关闭搅拌开关和电源开关，拔出测温传感器探头，打开量热计盖, 取出氧弹擦干。 小心打开氧弹排气阀(切不可先拧开氧弹盖),放出废气,响声停止后再拧开盖,检查弹内及弹盖如有薄层烟渣或未燃尽的细粒,则实验失败,必须重做.将内筒的水倒掉，擦干量热计所有设备，将弹头置于弹头架上。五实验数据记录和计算1、原始数据记录： 1）试样重量G2）点火丝燃烧的净重量b3）温度读数：初期、主期、末期；2、计算量热计的热容量K值：K =（ QbG +b）/（tK-th+t）式中：Qb苯甲酸（量热计标准物质）的热值 为6329 KJ/Kg3、计算燃料燃烧的氧弹热值：Qx =K（tK-th+t）- b/G KJ/Kg式中：Qx分析基试样的氧弹热值， KJ/Kgt热交换校正值，t =（V+V1）(m+1)/2+V1rV初期内每半分钟间隔内温度变化的平均值，即第1个读数减去第11个读数除10。V1末期内每半分钟间隔内温度变化的平均值，即末期第1个读数被减去第11个读数除10。m主期快速升温后，每隔半分钟大于0.3 的半分钟温度间隔数.r主期温度变化小于0.3的半分钟温度间隔数。k量热计的热容量， KJ /。点火丝燃烧热， KJ/Kg b点火丝实际燃烧掉的净重量， KgG试样重量， Kg煤的高位发热值按下式计算：Qg = Qx -（94.1S + aQx）式中：Qg分析基样品高位热值， KJ/KgQx分析基样品氧弹热值， KJ/KgS由洗弹液测得的燃料含硫量，%；a 硝酸生成热校正系数， 贫煤、无烟煤取0.00410,其他煤取0.00627。4、实验结果分析讨论六、思考题1、实验完毕装置拆卸，氧弹必须排先放出废气后拧开氧弹盖,为什么？2、温度读数应精确到多少？点火后最初几次温度读数可只读到多少，为什么？3、实验读数分几期，主期结束的标志是什么？实验八 烟气分析一实验目的1、了解化学式气体分析器的作用原理；2、掌握烟气中CO，CO2，O2，N2的分析方法；3、并通过烟气分析计算燃料燃烧的空气系数。二实验原理化学式分析器的作用原理是用适当的吸收剂逐次分别吸收烟气中个别成份，然后测出烟气中被分析成份除去后的体积缩减量，即为被测气体的含量。这种方法虽费时较多，且不能连续自动地进行分析，但设备简单，分析的结果比较准确，故目前仍广泛使用。实验装置为奥氏气体分析仪。1CO2的测定：使一定量的烟气（V）通过KOH溶液，其中CO2与KOH产生化学，而被吸收。2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O烟气中如有SO2则也在这里吸收，这时测定结果实际上是CO2和SO2的和量。2O2的测定：吸收了CO2的烟气，通过焦性没食子酸钾溶液，其中O2与焦性没食子酸钾发生化学反应而被吸收。3CO的测定：吸收了CO2，O2后的烟气通过氨性氯化亚铜溶液，其中CO与氨性氯化亚铜发生下述化学反应而被吸收：Cu2Cl2 + 2CO = Cu2Cl22COCu2Cl22CO + 4NH3 + 2H2O = 2NH4Cl +2Cu +（NH4）2C2O4由于碱性焦性没食子酸也能吸收CO2,氨性氯化亚铜也能吸收CO2和O2，所以分析时应先分析CO2，然后依次分析O2和CO（次序不可颠倒）。进行CO测定时，时间不宜过长，否则被氯化亚铜吸收的CO又会被放出来，使结果不准。当烟气成份中CO含量比较高（达420）时，利用一个管子吸收CO很慢，也不容易吸收完全。一般可在三个吸收管后再加一个第四吸收管，其中装入酸性氯化亚铜溶液，用于CO的第二次吸收。三溶液配制与仪器安装检查1CO2吸收剂KOH溶液的配制：90克KOH溶于180ml蒸馏水中，溶解时因会产生大量的热量，所以要不断搅拌，待冷却后取上面澄清无色部分使用。1ml这种吸收剂可吸收40mlCO2.2.O2的吸收剂碱性焦性没食子酸的配制：吸收液由A液和B液混合而成：A液：80克焦性没食子酸溶液溶于80ml蒸馏水（为了加快溶解，可加热到80）。B液：40克氢氧化钾溶液溶于100ml蒸馏水中。使用前把A、B两液倒入吸收瓶中，上下移动平衡瓶，使其混合（这两种液体单独贮藏时不吸收氧）。1ml混合液可吸收氧气10ml。（吸收能力与吸收剂本身的温度有关，不低于25吸收最快，低于7时便不能吸收）。3CO吸收剂氨性氯化亚铜溶液的配制：42克氯化铵溶液溶于125ml蒸馏水中，加入334克氯化亚铜，注入吸收瓶时，每三体积所配液需加一体积0.9的氢氧化铵（约42ml）。为避免氯化亚铜被空气氧化，在吸收瓶中需加入一束铜丝。这样配置的吸收瓶，每一体积能吸收1015体积的CO2。4封闭液的配液：平衡瓶内的封闭液在分析时要和烟气试样接触，为了使封闭液不吸收CO2，常使它略微显酸性，封闭液的配方有以下几种：A.将150克食盐溶于0.5L蒸馏水中，经过一昼夜沉淀后虑去沉淀物，向该溶液中加入浓硫酸酸化，每升加10ml浓硫酸，再向溶液内滴入10滴甲基橙，使它变成红色，然后用烟气饱和后即可使用。图1 烟气分析实验装置图1量气管； 2恒温水套； 3平衡瓶； 4U形管； 5三通阀； 6、7、8吸收瓶；9连接管； 10橡皮管； 11连接管； 12、13、14活塞。B.将80克固体硫酸溶于200ml蒸馏水中，滤去杂质，再加入甲基橙24滴，并加入稀硫酸使甲基橙变红，然后用烟气饱和即可使用。5酸性氯化亚铜溶液的配制：15克氯化铜溶于120ml浓盐酸中，然后加水至200ml，在配制溶液的时候，可能发生显著的氧化作用，因而溶液呈乌黑色或紫黑色，这种溶液不能使用。需用Cu或氧化亚铜使其复原，复原后溶液呈褐黑色。6仪器的安装和检查：先把仪器洗净，如上图所示装置，装妥后在第一组吸收瓶6中注入200mlKOH溶液，作吸收CO2用，再在第二组吸收瓶7中注入200ml碱性焦性没食子酸溶液，作吸收O2用，再在第三组吸收瓶8中注入200ml氨性氯化亚铜和铜丝作吸收CO用，每瓶装入吸收剂溶液量以瓶体积的2/3为宜（约200ml），要求瓶内剩余空间不小于100ml。并在三组吸收瓶（若有四组的就在第四组吸收瓶）与大气相通的吸收液面上注入液体石蜡，在平衡瓶3注满封闭液，在量气管外套管2中加入冷却水（此种装置可使量筒内烟气温度不变），在U形管内装上无水氯化钙（或硅胶），仪器各部分用乳胶管连接好，注意密封，然后按下述方法检查仪器，是否漏气。把开关12、13、14闭上，将三通开关5和大气相通，将平衡瓶3提高，使量气筒内水位升到最上端刻度附近，然后关闭三通5，放下平衡瓶，此时量气筒内水面如只稍微下落后，保持不变，即证明活塞5不漏气。然后再依次打开各组吸收瓶的活塞作检查，即把第一组吸收瓶的液面调到刻度线后关闭塞12，如果吸收瓶种液面保持不变，即证明活塞12不漏气。其它几组吸收瓶也按同样方法检查。如发现漏气，则要把活塞重新涂上凡士林，校正至不漏气为止。检查完毕后，把吸收瓶中的吸收液和量气筒中封闭线调至标线，以备测定。四测定步骤1将取样管用橡皮管与U形管连接，旋动三通活塞5，使取样管（车内胎）仅与量气管相通并与大气隔绝，把平衡瓶向下移，使待测烟气进入量气瓶中，然后转动活塞5，使量气管内与大气相通并与取样管（车内胎）隔绝，提高平衡瓶，把吸入量气管内的烟气排出。重复上述操作2次，便可以认为气体分析器已被待测气体洗净。2.继续提高平衡瓶使量气管内液面升至上端零点标线，并应使平衡瓶内液面与其对齐，然后旋三通活塞，使气体与量气瓶相通，下移平衡瓶，待量气筒内液面降至略低于100ml刻度线时，旋活塞5，使量气管与取样管（车内胎）及大气都隔绝，将平衡瓶液面对齐量气管100ml刻度线，旋三通活塞5使量气管与大气相通，随即关闭，使其入气量恰为100ml。3.测定时，先打开活塞13，提高平衡瓶，把气体压入第一组吸收瓶中，直至封闭升到量气管上部标线为止，然后放下平衡瓶，气体又被吸回量气管中，如此反复34次将气体吸回量气管中，当吸收液到达吸收瓶上部刻度线时，关闭活塞12提高平衡瓶3，靠近量气管，使平衡瓶中液面和量气管中液面在同一高度时，记下量气管液面的读数，再打开活塞12，重复上述方法进行操作，直至量气管的液面读数不变，说明CO2气体已被第一组吸收瓶中的KOH溶液吸收完全。记下读数V1。4.然后打开活塞13，按上述方法进行O2的测定，再至量气管的读数保持不变，记下读数V2。5.再打开活塞14，按上述方法进行CO的测定，直至量气管的读数保持不变，记下读数V3(若有第四组吸收瓶，按同样的方法测定CO，记下V4，计算CO含量时按V4的读数)。五结果计算（1）烟气组成的计算：式中：CO2、O2、CO、N2分别为烟气组成中CO2、O2、CO及N2的百分含量（）；V1烟气被KOH溶液吸收后的体积（ml）；V2烟气被焦性没食子酸钾溶液吸收后的体积（ml）；V3烟气被氨性氯化铜吸收以后的体积（ml）。（2）过剩空气系数的计算 式中：N2、O2、CO、CmHn干烟气中各组分的体积百分数（）；RO2干烟气中CO2(SO2)的百分含量（）；X生成1标米3烟气消耗的燃料量（根据碳平衡求出）标米3/标米3，或公斤/标米3；N燃燃料中N或N2百分含量（）；灰渣中有未燃尽的碳粒造成的损失（即机械不完全热损失）占输入热量的百分数（）。若燃料中氮含量很低（如固体燃料、液体燃料、天然气、液化石油气），与空气中N含量相比时，其量很小，可忽略不计，则从烟气分析结果可直接求得值。六、思考题1、烟气分析有什么次序？次序为什么不可颠倒？2、进行CO测定时，时间为什么不宜过长？3、平衡瓶的作用？实验九 流体力学综合实验一 试验目的1、了解层流和紊流的流态及其相互转变的情况，测定流态与雷诺数的关系；3、观察层流流态下管道中流体速度的分布。 2、了解流体流动中机械能损失的变化规律；验证伯努力能量方程守恒关系；3、掌握流体水头测量原理及方法，测定和绘制总水头线和测压管水头线。3、掌握测定流体流动阻力的一般方法，测定流体在圆形直管中流动时所产生的摩擦阻力，确定摩擦阻力系数与雷诺数之间的关系；4、测定流体流经某一管件时的局部阻力，确定该管件的局部阻力系数。二、实验原理 1、临界雷诺数对于圆管，当雷诺数2000时，流体流态为层流；当临界雷诺数4000时，流体流态为紊流。层流与紊流之间并非是突然的转变，而是两者之间相隔一个不稳定过渡区域。因此，临界雷诺数测定值和流型的转变，在一定程度上受一些不稳定因素的影响。圆管中，层流的流速分布方程为： 式中：u距管中心距离为r的点速度值，m/s； 流体流经的长度，m； P流体流经长度的压头损失，Pa；流体的动力粘度，Pas；R 管半径，m；r从管中心算起的距离，m。2、伯努力方程流动流体所具有的总能量是由各种形式的能量所组成，并且各种形式的能量之间又可相互转化。对于不可压缩的流体，在导管内作定向流动，系统与环境又无功的交换时，则对系统即可列出以单位重量流体为基准的机械能守恒方程： m液柱， Hf 流动系统内因阻力造成的压头损失。伯努力方程对于解决流体流动过程的管路计算、流体压强、流速与流量的测量，以及流体输送等问题，都具有十分重要的作用。3、阻力损失流体在管路中流动，由于粘性作用和涡流等的影响而产生机械能损失，这种能量损失称为流体流动的阻力损失，其大小与管长、管径、流体流速和流体流动的摩擦阻力系数等因素有关。流体在直管中流过