《通风安全学》课程实验指导书

1 实验一实验一 空气中气体浓度测定空气中气体浓度测定 一 实验目的 学习并掌握检定管法测空气中气体浓度的原理和方法 二 实验仪器 1 1 检定管 检定管 检定管为装有某种检测用试剂的玻璃管 待测气体通过检定管时与该试剂发生 化学反应 并呈现一定的颜色或变色长度 从而测出该气体的浓度 根据变色深浅 测定浓度的叫比色法检定管 根据变色长短测定浓度的叫比长法检定管 煤矿常用 的有 O2 CO CO2 H2S 和 SO2检定管 本次实验只用比长法检定管测 CO 或 O2 浓度 1 比长法 CO 检定管 比长法 CO 检定管 图 1 1 内装有发烟硫酸及硅胶做载体吸收 I2O5的指示剂 当 CO 与 I2O5接触时 发生如下的反应 22 5 42 52 5ICO SOH OICO 碘与 SO3作用成棕色化合物 它的长度与通过检定管得空气中 CO 浓度成正比 根据棕色化合物的长度由检定管的刻度上可以直接读出 CO 浓度 1 2 3 4 5 6 图图 1 1 比长式比长式 CO 检定管检定管 1 堵塞物 堵塞物 2 活性碳 活性碳 3 硅胶 硅胶 4 消除剂 消除剂 5 玻璃粉 玻璃粉 6 指示剂指示剂 2 比长法 O2检定管 管内装有以陶瓷做载体吸附醋酸铅和氯化钡的白色指示剂 它与 O2发生下列化 学反应 2 O 加入氯化钡可生成一部分以增加色柱长度 提高测定精度 2 取样唧筒 取样唧筒 唧筒是用于抽取被测气体试样的 图 1 2 为 AQY 50 型 CO 检定器唧筒 它由 唧筒活塞 4 吸气口 1 排气口 2 和三通开关组成 活塞杆上有 0 50 毫升的刻度 可以控制取样数量和送气速度 三通开关用以控制气流方向 当开关把手与吸气口 2 平行时 唧筒与吸气口连通 它与排气口平行时 则连通排气口 位于两者之间时 450 各路都不通 图图 1 2 抽气唧筒抽气唧筒 1 气体入口 2 检定管插孔 3 三通阀阀把 4 活塞柱 5 比色板 6 温度计 三 实验方法和步骤 1 在测定地点将开关把手置于吸气位置 并将唧筒往复推压 2 3 次 以清洗唧 筒 然后将活塞杆拉出 气体试样就被抽吸在唧筒内了 再将开关把手置于 450 封闭位置 2 将检定管两端用小锉刀切断 把进气端插入唧筒的排气口上 再将开关把手 置于排气口位置 按照检定管的使用说明书对送气量和送气时间的要求 使气样流 过检定管 CO 与指示胶起反应 产生棕色环 3 读数 由变色环上端指示的数字直接从检定管上读出 CO 浓度 PPM 如 果气样中 CO 含量超过检定管测量上限 可减少通气量 如通气量为 V mmL 则 测定结果 检定管 100 V 式中 100 指要求送气量为 100mmL 检定管 如果气样中 CO 含量低于检定管测量下限 可增加通气次数 如果通气次数为 N 则 测定结果 检定管读数 N 氧气浓度的测定与 CO 浓度测定方法类似 3 实验二实验二 大气压 空气湿度和空气密度测定大气压 空气湿度和空气密度测定 一 试验目的 掌握测定大气压 P 和空气湿度的常用仪表的构造 原理和使用方法 计算空 气密度 二 试验仪表 1 大气压测定 大气压测定 常用的仪表有水银气压计和空盒气压计 1 水银气压计 常用的水银气压计有动槽式和定槽式两种 动槽式水银气压计的主要部件是一根倒置于可动水银槽内的玻璃管 管的上端 水银面上是真空的 槽内液面则通向大气 所以玻璃管内水银柱高度就表示了大气 压力 毫米汞柱或毫巴 测定时 转动底部调节螺丝 4 使槽内水银液面正好与象牙指针 2 触及 然后 转动螺丝 6 使游标 1 的下切口与水银顶面相切 由刻度尺 7 和游标 1 读出大气压 的读值 P读 因为刻度是金属的 热胀冷缩 所以要进行读值的温度校正 由温 度计 8 读出测定的温度 从表 2 1 查出温度校正值P温 则实际的大气压 P0 P读 P温 定槽式水银气压计的下部水银槽是固定不动的 除不必调节槽内液面高低外 其余使用方法同上 表表 2 1 黄铜刻度尺换算到黄铜刻度尺换算到 0 时的温度校正时的温度校正 大气压计数值 P读 mmHg温度 740750760770780 10 15 20 25 30 1 21 1 81 2 41 3 01 3 61 1 22 1 83 2 44 3 05 3 66 1 24 1 86 2 48 3 09 3 71 1 26 1 89 2 51 3 13 3 75 1 27 1 91 2 54 3 17 3 80 2 空盒气压计 如图 2 1 所示 空盒气压计由一个波纹状金属真空盒和一套杠杆机构组成 大 气压变化时盒面变形值经杠杆机构放大 带动盒面指针转动指出大气压值 4 图图 2 2 风扇湿度计风扇湿度计 空盒气压计使用前应用水银气压计校正 校正时用小螺丝刀微微拧转盒背面 或侧面 的调节螺丝 使指针所示气压值与水银气压计一致 测定时 将其水平放置 用手指轻轻敲击盒面数次 消除指针的蠕动现象 等 待数分钟后再读值 读值应根据仪器所附检定证进行刻度和温度的补充校正 例如 某空盒气压计读值为 770mmHg 查取它的刻度校正值为 0 1 mmHg 温度校正为 0 03 mmHg 15 0 45mmHg 补充校正为 0 6mmHg 则实际大气压为 770 0 1 0 45 0 6 770 05 mmHg 图图 2 1 空盒气压计空盒气压计 1 金属盒 金属盒 2 弹簧 弹簧 3 指针指针 2 空气相对湿度测定 空气相对湿度测定 如图 2 2 风扇湿度计 它们都由两支水银温度计组成 其中 一支为干温度计 又叫干球 另一支的水银球上包 着纱布 叫湿温度计 又叫湿球 测定前将湿球上的纱布用清水润湿 用风扇湿度计测定 时 用小风扇罩上的锁匙将发条上紧 风扇转动 使空气以 一定速度 1 7 3 0m s 流经干 湿温度计的水银球周围 1 2 分钟 两支温度计示数稳定即可读取 三 实验内容 1 分别用水银气压机和空盒气压计测大气压 2 风扇湿度计测空气的相对湿度 计算绝对湿度 3 以水银气压计和风扇湿度计的测定结果计算空气密 度 5 图图 3 2 皮托管皮托管 图图 3 2 皮托管皮托管 实验三实验三 风流点风压和点风速测定风流点风压和点风速测定 一 实验目的 1 熟悉风压测定仪表的构造和使用方法 2 掌握测定点风压和点风流的方法 3 通过实验更好地理解压人式通风和抽出式通风时风流任一点的全压 静压和 动压的相互关系 以及风流某一断面上的风速分布 二 实验设备和仪表 扇风机管网系统 皮脱管 U 型压差计 单管压差计 空盒气压计 胶皮管 1 扇风机管网系统如图 3 1 所示 图图 3 1 扇风机和管网系统扇风机和管网系统 2 皮托管如图 4 2 所示 它是传递风流压力的仪器 由内外两根细金属管组 成 内管前端中心有孔与标有 号的管脚 相同 外管前端封闭 在其管壁开有 4 6 个 小孔与标有 号的管脚相同 测定时使管嘴 与风流平行 中心孔正对风流传递测点风流 的绝对全压 绝对静压与动压之和 而管 壁上的小孔则只传递测点的绝对静压 离心式风机 进风 调节风量闸门 扩散器 测点 6 图图 3 3 U 型压差计型压差计 3 U 型压差计如图 3 3 有一根弯成 U 型的玻璃管 1 其中装如蒸馏水或酒精 刻度尺 2 和支撑板组成 测定时 用胶皮管将风流压力接引 传递 到玻璃管内 垂直 U 型管的两液面差乘以工作液 U 形管内所装液体 的比重 即为测定的压差 h mmH2O 如为倾斜 U 形压差计 它的压差为 mmH2O sinLH 式中 L U 形管内的液面高差 mm U 形管的倾角 工作液比重 4 单管压差计 单管压差计工作原理如图 3 4 所示 它是由一个具有大断面的容器 A 面积为 F1 与一个小断面的倾斜管 B 面积为 F2 互相连通 并在其中装有适量酒精的仪 器 若在 P1与 P2压差作用下 具有倾斜度 的管子 B 内的液体在垂直方向升高了 一个高度 Z1 而 A 容器内的液面下降 了 Z2 这时仪器内液面的高差为 Z Z1 Z2 由于 A 容器液体下降的体积与 B 管液体上升的体积相等 即 Z2F1 LF2 则 Z2 LF2 F1 并且 Z1 Lsin 把 Z1与 Z2代入上式 得 Z Z1 Z2 L sin F2 F1 故用此压差计测得 P1与 P2之压差 h 为 sin 12 FFLZh 式中 酒精的比重 令 sin 12 FFK 则 h KL mmH2O 式中 K 仪器的校正系数 图 4 4 单管倾斜压差计测压原理 图图 3 4 单管倾斜压差计测压原理单管倾斜压差计测压原理 7 L 倾斜管上的读数 mm 图图 3 5 Y 61 型倾斜微压计型倾斜微压计 图 3 5a 是 Y 61 型倾斜微压计的结构图 在三角形的底座 1 上装设容器 2 与带 刻度的玻璃 3 并用胶皮管 4 将其连通 容器 2 的顶盖上有注液孔螺丝 5 三通旋塞 6 及调零螺丝 7 仪器的底座上有水准泡 8 和调平螺丝 9 玻璃管 3 的倾角可借弧形 板 10 与销钉来调节 为了读数准确 玻璃管 3 上装有活动游标 11 零位调整螺丝 下部是一个浸入液体的圆柱体 若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度 三通 旋塞如图 3 5b 所示 当反时针方向转动其旋钮至极限位置 图 3 5b 左 时玻璃管 3 借胶皮管 12 与容器 2 连通 并经三通旋塞孔与大气相通 而标有 两管接头 则被隔断 此时为调整零位位置 当顺时针方向转动其旋钮至极限位置 图 3 5b 右 时 管接头 端与容器 2 相通 标有 管接头借胶皮管 12 通向玻璃管液面 此时 三通旋塞孔与大气的通路则被隔断 此即为测压位置 仪器的使用方法 仪器的使用方法 1 注入酒精 将调整螺丝 7 置于中间位置 拧开注液孔螺丝 5 把配置好的 8 酒精 比重 0 81 漫漫注入容器 2 内 直到玻璃内酒精液面在 0 附近为止 2 调平仪器 将玻璃管按所测压力大小固定到合适位置 用调平螺丝 9 将仪 器调平 转动三通旋塞 6 至 调零 位置 玻璃管液面如不在 0 刻度上 则调整零位 调整螺丝 7 使液面恰好位于 0 刻度上 3 测压 将高压接到仪器的 接头上 将低压接到仪器的 接头上 然后 转动三通旋塞到 测压 位置 管内液面上升 待液面稳定后 即可读数 记作 L 将其乘以玻璃管所在位置的校正系数 K 即为测得的压差 三 实验内容与方法 1 熟悉实验用仪表的构造和使用方法 用比重计测酒精比重后 0 81 注入 压差计内 将压差计调平 对零 检查皮托管 用嘴在皮托管的管脚上吹气 从管 咀尖端出气的那个管脚为传递全压的 管脚 另一则为传递静压的 管脚 2 测风流中任一点的风压 在风道的平直段选定一个断面 将皮托管插入风道 内 管嘴位于断面的中心并正对风流方向 开动扇风机 作压人式通风 用胶皮管 将皮托管的相应管脚与压差计连接 测该点的相对全压 相对静压和动压 此外 将皮托管沿风道断面垂直上下移动 观察相对静压有无变化 将皮托管转动 180 开动扇风机 作抽出式通风 测相对全压 测相对静压和动压 用空盒气压计或水 银气压计测大气压力 用坐标图分析比较压人式和抽出式通风时 测点的绝对全压 绝对静压 动压和相对全压 相对静压 动压之间的关系 3 测定风道的断面风速分布 为了准确测得断面风速分布 必需合理的布置动 压测点 通常是将圆断面分成若干等面积环 并在各等面积的面积平分线上布置测 点 图 3 6 为三个等面积环的测点布置示意图 如果速度场纵横对称 也可以只在 纵向 或横向 上布置测点 等面积环数越多 测点越多 则测试精度越高 一般 都按风筒直径大小确定等面积环数 可参考表 3 1 各测点距风筒中心的距离 Ri用下式计算 mmniRniDRi2 12 8 12 式中 从风筒中心算起的等面积环的编号数 i 等面积环数 n 风筒直径 mm D 风筒半径 mm R 3 1 等面积环数查用表等面积环数查用表 风筒直径 D mm 300400500600 9 等面积环的数目 n i 2 33 44 55 6 通常皮托管是从风筒一侧插入到测点的 如图 3 7 由可以算得皮托管插入 i R 深度 i l 图图 3 6 三等面积环示意图三等面积环示意图 图图 3 7 测点布置图测点布置图 风速分布测定 在测定断面直径上 按三个等面积环布置七个测点 测各点的 动压 计算各点的风速 m s 2 vii hV 式中 点的风速 m s i Vi 点的风流动压 Pa vi hi 空气密度 kg m3 以纵坐标表示测点位置 横坐标表示风速 用坐标纸按一定的比例绘制该断面 的风速分布图 计算断面平均风速 V均 nhhh vnvv 2 21 式中 分别为 1 2 n 号测点动压测值 Pa n 测点总数 vnvv hhh 21 注意 求平均风速时 中心点的风速不应参与平均 计算断面的风量 Q 和风速分布系数 Kv Q S V均 m3 s Kv V均 V中 式中 S 风筒断面积 m2 V 平均风速 m s D 3 3 2 2 1 3 322 1 11 R1R1 R2R2 R3R3 R4R4 R5R5 R6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7L 8 L9L 10 0 10 V中 中心点风速 m s 实验四实验四 风道的风阻摩擦阻力系数和局部阻力测定风道的风阻摩擦阻力系数和局部阻力测定 一 实验目的 掌握风道的摩擦风阻 R摩 摩擦阻力系数 和局部阻力系数 的测定方法 通过测定加深理解能量方程在通风中的应用 二 实验设备及仪器 扇风机和管网系统 见图 4 1 单管压差计 皮托管 空盒气压计 湿度计 胶皮管 皮尺 小钢尺 酒精 液体比重计 图图 4 1 扇风机和管网系统扇风机和管网系统 三 实验内容和实验方法 1 摩擦风阻 R摩 和摩擦阻力系数 测定 风道的摩擦阻力 h摩 4 2 3 2 Q S LU QRhf 测 摩 1 式中 hf 风道的摩擦阻力 Pa R摩 摩擦风阻 Ns2 m7 Q 通过风道的风量 m3 s S 风道的净断面 m2 U 风道的周界 m 离心式风机 进风 调节风量闸门 扩散器 测点 11 风道的摩擦阻力系数 kg m3 测 由 4 1 式可见 只要测出一段风道的摩擦阻力 hf 和风量 Q 就可以求出 这段风道的摩擦风阻 R摩 如果同时测量出这段风道的长度 净断面和周长 就 可以求出测定时的摩擦阻力系数 再按式 4 2 换算成标准空气密度下 测 kg m3 的摩擦阻力系数 2 1 0 4 测 测 2 1 0 2 式中 测定时的空气密度 kg m3 测 测定方法 测定方法 在图 4 1 所示的管网系统中 在铁风道 或木风道 内选择 A B 两个测点 将 单管压差计调平 A B 在两测点放置皮托管 用胶皮管将测点的静压分别接到压 差计 测 A B 两断面风流的势能差 h测 AB 再用皮托管和压差计分别测出两端 面的平均风速 用皮尺和小钢尺量出间的距离和它们的周长 根据风流的能量方程 4 均均 测阻B B A A ABAB vv hh 22 22 3 式中 AB 段风道的通风阻力 Pa AB h阻 AB 段风道的势能差 Pa AB h测 分别为 A 和 B 断面的平均风速 m s 均A V 均B V 分别为 A 和 B 断面的空气密度 kg m3 A B 又 均 SUQ 如果 AB 段漏风较大 则 4 1 式中的 Q 为 A B 两端面的风量的平均值 即 4 2 BA QQ Q 4 12 根据测定结果 计算铁风筒或木风筒的 R摩和 2 局部阻力系数的测定 在铁风筒直角转弯前后选择两个测定断面 C D 图 4 1 测 CD 段通风阻力 h 阻 CD和平均风速 弯摩阻 hhh CDCD 4 CDCD hhh 摩阻弯 5 又 4 2 3 2 Q S UL QL L R h CD CD AB CD 测摩 摩 6 式中 测定的 AB 段铁风筒风阻 NS2 M7 摩 R AB 段长度 m AB L CD 段长度 m CD L 测定的铁风筒摩擦阻力系数 kg m3 测 2 2 均 弯弯 U h 2 2 均 弯 弯 U h 根据测定结果计算 90 角转弯的局部阻力系数 13 实验五实验五 瓦斯爆炸实验瓦斯爆炸实验 一 实验目的 加强对瓦斯爆炸的感性认识 了解瓦斯爆炸的三个基本条件 二 实验原理 在爆炸极限浓度内的瓦斯气体 与氧气充分接触后 遇到热源和火源即会爆炸 图 1 所示为瓦斯爆炸实验装置图 选用的模拟道材料为 6cm 厚的有机玻璃 模拟巷 道的外部罩有高强度的防爆网 因此可适用于对有机玻璃无化学反应的瓦斯爆炸实 验 可直接通过大屏幕显示器 将瓦斯爆炸的三个条件 瓦斯浓度 氧气浓度 点火温度 同时显示出来 通过缓慢的加热形式 可将点火的温度显示并锁定 图图 6 1 瓦斯爆炸实验装置图瓦斯爆炸实验装置图 14 三 智能型瓦斯爆炸实验装置的使用方法 首先打开面板上的总电源开关和气泵开关 气压表 上升至 0 2Mpa 一切正常 时 方可进行如下操作 1 手动操作 1 瞬 爆按钮的使用 按下该键 面板 瞬爆 灯亮 倒计时开始声显示由 5 4 3 2 1 至 0 点燃瓦斯起爆 瓦斯引爆后即可松开按钮 以免长时工作导致元件损坏 2 缓 爆自锁按钮使用 按下该键后经数秒 所显示点燃温度值逐渐上升至瓦斯引爆 加热器自动电 温度显示保持点燃温度值 3 浓度 调节 按钮使用 如果显示瓦斯浓度过高 可按下该按钮 向模拟巷道内充入新鲜空气 巷道内 多余混合气体排出室外 4 手动 微机 遥控波段开关 拨至 手 控位置 由手控盒控制各项操作 拨至 微 机控制位置 由微机控制各项操作 拨至 遥 控位置 由遥控器控制各项操作 2 遥控器各按钮操作 1 A 键 同手控盒 瞬爆 按钮 2 B 键 同手控盒 瞬爆 按钮 3 C 键 同手控盒 缓爆 按钮 4 D 键 同手控盒 浓度调节 按钮 3 微机操作 打开计算机 从程序中启动 智能型瓦斯爆炸实验装置微机控制系统 1 瞬间操作方式 点击 参数调节 按钮 在点火形式中选 瞬间 在 爆炸形式 中选 瓦斯 项 然后点击 调节确认 再点击 准备好 按钮 检查完毕再点击 起爆 若 期间有异常情况 请点击 紧急停爆 2 缓爆瓦斯爆炸方式 点击 参数调节 按钮 在点火形式中选 缓慢 在 爆炸形式 中选 瓦斯 项 然后点击 调节确认 再点击 准备好 按钮 检查完毕再点击 起爆 若期 间有异常情况 请点击 紧急停爆 15 3 在主界面上点击 智能型瓦斯爆炸实验装置微机控制系统 处 可打开 解 说词 若点击中部图片或窗体即进入控制系统操作界面 四 实验操作步骤 1 先开主机电源 将模拟巷道密封 打开瓦斯气体瓶进行充气 调节瓦斯气体 浓度 调节方法参照三 使其在 7 8 范围之内 关闭瓦斯气瓶阀 再关闭瓦斯 通道阀 2 选择手动 遥控或微机三和操作方式中的一种进行引爆 具体操作方式见三 实验六实验六 煤尘爆炸性测定煤尘爆炸性测定 一 实验目的 通过实验对煤尘或其它粉尘的爆炸性能有个直观的了解 二 实验原理 不同的煤尘因为其爆炸性的不同 当其与氧气充分混合时 遇高温热源或火源 发生燃烧所表现出来的现象是不同的 图 1 所示为煤尘爆炸实验装置图 本实验是 把试料管内的煤尘喷向实验管内的高温热温电阻丝 产生不同的燃烧现象 从而判 定煤尘爆炸性 图图 7 1 煤尘