《熱工基礎(chǔ)及設(shè)備A》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

熱工基礎(chǔ)及設(shè)備A課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)目錄1煤的燃料熱測(cè)定12火焰溫度測(cè)定43穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)74工業(yè)煙氣的成分分析及漏風(fēng)量的測(cè)定11實(shí)驗(yàn)1 煤的燃燒熱測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解氧彈式量熱計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握氧彈法測(cè)定媒的發(fā)熱量的方法。 2了解恒壓反應(yīng)熱與恒容反應(yīng)熱的差別及相互關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理 煤的發(fā)熱量是燃煤的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，它是以恒溫條件下單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量來(lái)表示的，單位為kJ/kg 或J/g。目前測(cè)定煤的發(fā)熱量最常用的方法是氧彈法。該法是把一定量的媒樣放在充有高壓純氧的密閉彈筒（即氧彈）中完全燃燒，并使煤燃燒放出的熱量通過(guò)彈筒傳遞給水及儀器系統(tǒng)，再根據(jù)水溫的變化計(jì)算出煤的發(fā)熱量。用氧彈法測(cè)得的媒的發(fā)熱量稱(chēng)為彈筒發(fā)熱量。事實(shí)上，試樣完全燃燒放出的熱量不僅被水吸收，亦被彈筒本身、內(nèi)筒、攪拌器和溫度計(jì)等實(shí)驗(yàn)裝置吸收，故上述實(shí)驗(yàn)裝置統(tǒng)稱(chēng)為量熱系統(tǒng)。該量熱系統(tǒng)本身具有的熱容量（亦稱(chēng)水當(dāng)量），事先已用已知標(biāo)準(zhǔn)發(fā)熱量的物質(zhì)（如苯甲酸）進(jìn)行標(biāo)定，作為儀器常數(shù)給出。由于生產(chǎn)中可利用的是煤的低發(fā)熱量，故將各種發(fā)熱量的概念及換算關(guān)系簡(jiǎn)介如下：1. 彈筒發(fā)熱量在密閉的彈筒中充高壓純氧至2.83.0MPa，終了時(shí)燃燒產(chǎn)物為25，燃燒單位質(zhì)量試樣所產(chǎn)生的熱量稱(chēng)為彈筒發(fā)熱量，J/g, 記作QDT 。煤的燃燒產(chǎn)物為：CO2、H2SO4、HNO3、水和固態(tài)的灰分。QDT儀器熱容量，J/g；在儀器使用前用基準(zhǔn)物質(zhì)（如苯甲酸等）進(jìn)行標(biāo)定得到。T修正后的溫升，；Gd添加物（如點(diǎn)火絲等）產(chǎn)生的總熱量，；煤試樣質(zhì)量，；恒容高位發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量QDT減去稀硫酸和二氧化硫生成熱之差以及稀硝酸生成熱即為恒容高位發(fā)熱量J/g, 記作QGT 。實(shí)質(zhì)上QGT。V等于在測(cè)定彈筒發(fā)熱量相同條件下燃燒單位質(zhì)量試樣所產(chǎn)生的熱量，不同的是燃燒產(chǎn)物中硫以二氧化硫狀態(tài)、氮以游離狀態(tài)存在。恒容高位發(fā)熱量比工業(yè)上的恒壓（大氣壓）高位發(fā)熱量低8.37416.748 J/g,一般可忽略不計(jì)。3. 恒容低位發(fā)熱量恒容高位發(fā)熱量QGT。V減去水的蒸發(fā)熱，即為恒容低位發(fā)熱量，J/g, 記作Qnet.v 。因?yàn)樵诠I(yè)燃燒中，全部水（燃燒生成水和煤中原有的水）呈蒸汽狀態(tài)，而在氧彈中水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水。其換算關(guān)系為：QGTQDT（3.6V1.5a QDT） (J/g)式中：滴定洗液消耗的0.1mol/L NaOH溶液的體積,ml；1硝酸生成熱校正系數(shù)（貧煤、無(wú)煙煤取0.001，其它煤取0.0015）。Qnet.QGT。V25（Mad9Had） (J/g)式中：Mad煤樣的空氣干燥基水分含量；Had煤樣的空氣干燥基氫含量；氫含量可以根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式求出：HdafVdaf（7.35/10Vdaf）0.013式中Vdaf無(wú)灰干燥基揮發(fā)酚的含量，。三、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑XRY1A型數(shù)顯氧彈式熱量計(jì)，熱容量約15000 J/，使用時(shí)要進(jìn)行精確標(biāo)定。主要包括以下幾部分：自密封式氧彈（如右圖）：為了防止燃燒生成的酸對(duì)氧彈的腐蝕，全部結(jié)構(gòu)采用不銹鋼制成氧彈的結(jié)構(gòu)有三個(gè)部分組成：一個(gè)容積為300ml的圓筒形彈體，一個(gè)蓋子和一個(gè)連接蓋子和彈體的環(huán)，彈體內(nèi)徑為58mm ,深103mm，壁厚為內(nèi)徑的1/10，底和蓋的厚度稍大，氧彈的強(qiáng)度足夠耐受固體燃燒時(shí)產(chǎn)生的最大壓力（6070大氣壓）。彈體采用自動(dòng)密封橡膠墊圈，當(dāng)彈體內(nèi)充氧到一定壓力時(shí)，橡膠墊圈因受壓力而與彈體和彈蓋密接，造成兩者間的氣密性。且筒內(nèi)外壓力差越大，密封性能越好。中間氣閥也因受壓緊密閉合，氧氣從中間氣閥螺釘四周進(jìn)入筒內(nèi)，不會(huì)直接沖壓式樣，點(diǎn)火時(shí)又可保護(hù)彈頂密封系統(tǒng)。水套（外筒）：水套是雙層容器，實(shí)驗(yàn)時(shí)充滿(mǎn)水，通過(guò)水套攪拌器使筒內(nèi)水溫均勻，形成恒溫環(huán)境，水筒放在水套中的一個(gè)具有三個(gè)支點(diǎn)的絕緣支架上。 水套具有膠木蓋，上有孔、一邊插入測(cè)溫探頭，點(diǎn)火線(xiàn)等，蓋下面襯有拋光金屬板。水筒（內(nèi)筒）：水筒全部由不銹鋼薄板制成，截面為梨形，以減少與外筒間的輻射作用，當(dāng)氧彈放入水筒后，可加水淹沒(méi)氧彈，而水面至內(nèi)筒上緣約有250-500毫升的空間，水筒的裝水量一般為3000毫升，（氧彈擱在彈頭座架上）內(nèi)部設(shè)有攪拌器。攪拌器： 內(nèi)筒攪拌器由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，攪拌轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分。通過(guò)攪拌器螺旋槳的運(yùn)動(dòng)，實(shí)施氧燃燒放出的熱量盡快在量熱系統(tǒng)內(nèi)均云散布。電動(dòng)機(jī)與攪拌器間用絕熱固定板連接，以防止因電機(jī)產(chǎn)生的熱而影響測(cè)量精度。攪拌器電動(dòng)機(jī)為同步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。外筒攪拌器為手拉式攪拌器，上下拉動(dòng)數(shù)次即能使外筒水溫均勻，給內(nèi)筒形成一個(gè)恒溫的環(huán)境。工業(yè)用玻套溫度計(jì)：刻度范圍為0-50，最小分度為0.1，用來(lái)測(cè)量水套水溫。2.氣體減壓器： YQY-370氣體減壓器或SJT-10型氣體減壓器用于瓶裝氧器減壓用。他能保持穩(wěn)定和足夠的流量送到氧彈中，進(jìn)氣最高工作壓力為15Mpa，最低工作壓力不低于工作壓力的2倍，該減壓器帶有兩個(gè)壓力表，其中一個(gè)指示氧氣瓶?jī)?nèi)的壓力，可指示025MPa，另一個(gè)表指示被充氧氣的氧彈的壓力，可指示06MPa，兩表之間裝有減壓閥，壓力表每年至少經(jīng)國(guó)家機(jī)關(guān)檢查一次，以保證指示讀數(shù)正確和使用安全。各連接部分禁止使用潤(rùn)滑油，必要時(shí)只能使用甘油，涂抹量不應(yīng)過(guò)多，如任意部分被油類(lèi)污染，必須用汽油或酒精洗凈并風(fēng)干。3.高壓純氧（515Mpa）4.點(diǎn)火絲： 點(diǎn)火時(shí)通入24V交流電，引燃點(diǎn)火絲。點(diǎn)火絲一般用直徑0.1mm左右的鎳鉻絲中部繞成螺旋形直徑為2毫米共3-5圈且與試樣接觸，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，鎳鉻絲被燒成赤熱并在很短時(shí)間內(nèi)熔斷，引燃試樣。25.壓餅機(jī)：它是一種螺旋式杠桿式壓餅機(jī)，能壓制直徑約10mm的煤餅或苯甲酸餅，壓膜及沖桿用硬質(zhì)鋼制成，表面光潔，容易擦拭，壓制時(shí)，模式子或底片由可移動(dòng)的墊塊支承，壓好后，可將墊塊移動(dòng)一邊取出模子或試樣，該壓餅機(jī)底板上設(shè)有用以固定在桌面上的螺釘孔，不用時(shí)，應(yīng)在易生銹部位涂上防銹油脂。6.煤試樣 在102105烘干一小時(shí)的粉末試樣（粒度小于0.2mm）四、實(shí)驗(yàn)步驟（1）將外套裝滿(mǎn)水，試驗(yàn)前用外筒攪拌器（手拉式）將外筒水溫?cái)嚢杈鶆?。?）精確稱(chēng)取冷卻至室溫的煤樣11.2g，精確到0.0002g，在壓餅機(jī)中壓成片狀，放入坩堝中。（3）把盛有煤樣的坩堝固定在坩堝架上，將1根點(diǎn)火絲的兩端固定在兩個(gè)電極柱上，并讓其與煤樣有良好的接觸，然后，在氧彈中加入10毫升蒸餾水，擰緊氧彈蓋，并用進(jìn)氣管緩慢地沖入氧氣直至彈內(nèi)壓力為2.83.0Mpa為止，氧彈不應(yīng)漏氣。（4）把上述氧彈放入內(nèi)筒中的氧彈座架上，在向內(nèi)筒中加入約3000克（稱(chēng)準(zhǔn)至0.5克）蒸餾水（溫度已調(diào)至比外筒低0.7左右），水面應(yīng)至氧彈進(jìn)氣閥螺冒高度的約2/3處，每次用水量應(yīng)相同。(5)接上點(diǎn)火導(dǎo)線(xiàn)，并連接好控制箱上的所有電路導(dǎo)線(xiàn)，蓋上膠木蓋，將測(cè)溫傳感器插入內(nèi)筒，打開(kāi)電源和攪拌開(kāi)關(guān)，一起開(kāi)始顯示內(nèi)筒水溫，每個(gè)半分鐘烽鳴報(bào)時(shí)一次。(6)當(dāng)內(nèi)筒水溫均勻上升后，每次報(bào)時(shí)時(shí)，記下顯示的溫度，當(dāng)記下第10次時(shí)，同時(shí)按“點(diǎn)火”健，測(cè)量次數(shù)自動(dòng)復(fù)零，以后每隔半分鐘測(cè)量并貯存測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)共31個(gè)，當(dāng)測(cè)溫次數(shù)達(dá)到31后，測(cè)溫次數(shù)就自動(dòng)復(fù)零，表示試驗(yàn)結(jié)束。（若溫度達(dá)到最大值后記錄的溫度值不滿(mǎn)10次，需人工記錄幾次）(7)停止攪拌，取出內(nèi)筒和氧彈，用放氣閥放掉氧彈內(nèi)的氧氣，打開(kāi)氧彈，觀察彈內(nèi)，內(nèi)有試樣燃燒不完全，試驗(yàn)作廢。取出未燒完的點(diǎn)火絲稱(chēng)重。(8)用蒸餾水洗滌氧彈內(nèi)部及坩堝和進(jìn)氣閥，洗液收集至燒杯中，體積約150200毫升。(9)將盛有洗液燒杯用表面皿蓋上，加熱至沸騰5分鐘，加2滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，記錄消耗的氫氧化鈉溶液的體積（ml）。如發(fā)現(xiàn)在坩堝或氧彈內(nèi)有積碳，則此次試驗(yàn)作廢。五、煤試樣熱值（J/g）的計(jì)算： 彈筒發(fā)熱量 QDT (J/g)恒容高位發(fā)熱量 QGTQDT（3.6V1.5a QDT） (J/g)恒容低位發(fā)熱量 Qnet.QGT。V25（Mad9Had） (J/g)六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、記錄以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)煤試樣質(zhì)量 G： 點(diǎn)火絲原質(zhì)量： 殘余點(diǎn)火絲質(zhì)量： 滴定消耗的0.1mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V： 修正后溫升T： 量熱系統(tǒng)熱容量E： 鎳鎘點(diǎn)火絲的發(fā)熱量：1400 J/g 2、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3實(shí)驗(yàn)2 火焰溫度測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?進(jìn)一步認(rèn)識(shí)輻射原理在工程實(shí)際中的運(yùn)用。2了解光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫原理及性能。3掌握光學(xué)高溫計(jì)的正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)原理 光學(xué)高溫計(jì)是目前使用得非常廣泛的一種非接觸式溫度計(jì)。它的測(cè)溫原理是基于物體受熱后發(fā)光與溫度的關(guān)系。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)物體的溫度升高到一定程度后都有發(fā)光現(xiàn)象，而且溫度越高，發(fā)出的光越亮。這是由于物體的溫度越高，發(fā)出的光的短波部分越多，而可見(jiàn)光短波部分比長(zhǎng)波部分亮，所以物體在高溫時(shí)比低溫時(shí)亮。物體的亮度和它的輻射力成正比，即： B=KE=KC1-5e （1）式中 B物體的單色亮度，(sr3)； E物體的單色輻射力，3； K比例系數(shù)，1sr。由于B和溫度有關(guān)，所以受熱物體的亮度可以反映其溫度的高低。但是由于各類(lèi)物體的黑度e值不相同，所以即使它們的亮度相同，它們的溫度也可能是不相同的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，首先需要引入亮度溫度的概念。亮度溫度的定義是：當(dāng)物體在輻射波長(zhǎng)、溫度為T(mén)時(shí)的亮度B和黑體在輻射波長(zhǎng)為、溫度為T(mén)S時(shí)的亮度Bb相等，則稱(chēng)TS為該物體在波長(zhǎng)為時(shí)的亮度溫度。由于 KC1-5e= KC1-5e （2）化簡(jiǎn)后得到 （3）所以只要測(cè)出被測(cè)物體的亮度溫度S，且物體的黑度已知時(shí)，就可以用式(3)計(jì)算出物體的真實(shí)溫度0假如被測(cè)物體為黑體，則1，S。由于一般物體滿(mǎn)足 (Sln+C2)C2 (4)所以測(cè)出的物體亮度溫度總是低于物體的真實(shí)溫度。光學(xué)高溫計(jì)全稱(chēng)叫單色燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)。一般用于測(cè)量物體亮度溫度的光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。物鏡1和目鏡2都可以沿軸向移動(dòng)。調(diào)節(jié)目鏡的位置，使從目鏡中看去可以清晰地看到燈絲4。調(diào)節(jié)物鏡1的位置，使在燈絲平面上能清晰地看到被測(cè)物體的像。目鏡前放著紅色濾光片3。燈絲和變阻器6、毫安計(jì)8和電源串聯(lián)。調(diào)整變阻器可以調(diào)整流過(guò)燈絲的電流，也就調(diào)整了燈絲的亮度。對(duì)于給定的燈絲加熱電流，對(duì)應(yīng)著一定的燈絲亮度。4實(shí)際測(cè)量時(shí)，將光學(xué)高溫計(jì)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，在輻射熱源(即被測(cè)物體)的發(fā)光背景上可以看到弧形燈絲(圖2)。假如燈絲亮度比輻射熱源亮度低，燈絲就在這個(gè)背景上顯現(xiàn)出暗的弧線(xiàn)，如圖2(a)所示，反之，如燈絲的亮度比背景亮度高，則燈絲就在較暗的背景上顯現(xiàn)出亮的弧線(xiàn)，如圖2(b)所示。假如兩者的亮度一樣，則燈絲就隱滅在熱源的發(fā)光背景里，如圖2(c)所示。這時(shí)燈絲的溫度和被測(cè)物體的亮度溫度相等，由儀表讀出的指示數(shù)就是被測(cè)物體的亮度溫度。使用一塊灰色吸收玻璃的作用是減弱熱源進(jìn)入儀表的亮度，保證在燈絲不過(guò)熱的條件下加大光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)量范圍。因?yàn)橥ǔ艚z的溫度不能超過(guò)1400，否則將由于過(guò)熱氧化而損壞。同時(shí)高溫下鎢絲的升華沉積，將改變燈泡的亮度特性。所以在被測(cè)物體的溫度超過(guò)1400時(shí)，不宜繼續(xù)加大燈絲電流，而是加裝吸收玻璃，以減弱被測(cè)熱源的輻射亮度。在測(cè)量時(shí)，用已經(jīng)減弱的熱源亮度和燈絲亮度進(jìn)行比較，顯然這時(shí)光學(xué)高溫計(jì)的亮度平衡是燈泡電流和吸收玻璃的綜合結(jié)果。所以一般光學(xué)高溫計(jì)有兩檔刻度，一個(gè)是8001400，這是不加灰色吸收玻璃時(shí)的刻度；另一個(gè)是14002000，這是加了灰色吸收玻璃后使用的刻度。 在比較亮度時(shí)，為了造成窄的光譜段，采用了紅色濾光片。圖3表示了紅色濾光片的光譜透過(guò)系數(shù)曲線(xiàn)和人眼的相對(duì)光譜敏感度曲線(xiàn)。顯然，透過(guò)濾光片后人眼能感覺(jué)到的光譜段就僅是兩條曲線(xiàn)下面積的共同部分。該波段的波長(zhǎng)為0.620.7m，稱(chēng)為光學(xué) （a） （b） （c）高溫計(jì)的工作光譜段。工作光譜段重心位置的波長(zhǎng)為 圖2 燈絲亮度調(diào)整圖0.65m，稱(chēng)為光學(xué)高溫計(jì)的有效波長(zhǎng)。這樣紅色濾光片使我們能看到的是波長(zhǎng)為0.65m的單色光。 由此可知，所謂“單色”是指燈絲發(fā)亮后經(jīng)濾光鏡濾色所得為單一波長(zhǎng)(0.65m)的紅色光波。所謂“隱滅”，是指比較燈絲與被測(cè)物體在同一波長(zhǎng)下的光亮程度，并調(diào)節(jié)燈絲亮度與被測(cè)物體亮度一致。 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 實(shí)驗(yàn)所用國(guó)產(chǎn)準(zhǔn)確度級(jí)為1.0級(jí)的WGG-202型光學(xué)高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。它主要由光學(xué)系統(tǒng)和電測(cè)系統(tǒng)兩部分組成。測(cè)溫量度為的8002000。第一檔量程為8001500，基本誤差為13，第二檔量程12002000，基本誤差20。四、實(shí)驗(yàn)步驟1檢查儀表指針，將其調(diào)到零位。 52.估計(jì)被測(cè)物體的溫度，選擇量程。并將吸收玻璃旋鈕撥向該量程所對(duì)應(yīng)的位置。3.移開(kāi)紅色濾光片，將目鏡對(duì)準(zhǔn)觀察者的眼睛，前后調(diào)節(jié)目鏡至燈絲清晰可見(jiàn)。旋緊目鏡定位螺母。4.將物鏡對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物體，前后調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)筒，使被測(cè)物體(倒像)清晰可見(jiàn)，然后再加上紅色濾光片。5. 按下電源按鈕接通電源，調(diào)節(jié)可變電阻盤(pán)，使燈絲尖端的亮度從亮到暗漸漸隱災(zāi)在被測(cè)物體的像中。6讀出被測(cè)物體的亮度溫度并記錄。7實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源，取出電池，并將電阻盤(pán)刻度轉(zhuǎn)至零位，儀器歸位。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1亮度溫度記錄。 2計(jì)算真實(shí)溫度。 思考題 1簡(jiǎn)述光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫原理，并與紅外測(cè)溫原理進(jìn)行比較。 2什么是亮度溫度？它與真實(shí)溫度有什么關(guān)系？3為什么把光學(xué)高溫計(jì)稱(chēng)為單色燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)？ 4試分析使用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量火焰溫度時(shí)，可能引起誤差的影響因素，應(yīng)怎樣提高測(cè)量的準(zhǔn)確性?6實(shí)驗(yàn)3 穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握穩(wěn)態(tài)法測(cè)定不良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的方法。2了解物體散熱速率和傳熱速率的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理1熱傳導(dǎo)定律當(dāng)物體內(nèi)部各處的溫度不均勻時(shí)，就會(huì)有熱量從溫度高處傳遞到溫度低處，這種現(xiàn)象叫熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。早在1882年著名物理學(xué)家傅立葉（Fourier）就提出了熱傳導(dǎo)的定律：若在垂直于熱傳導(dǎo)方向x上作一截面S，以表示x0處的溫度梯度，那么在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)截面積S所傳遞的熱量Q為 （1）式（1）中為傳熱速率，負(fù)號(hào)代表熱量傳遞方向是從高溫區(qū)傳至低溫區(qū)，與溫度梯度方向相反。比例系數(shù)稱(chēng)為導(dǎo)熱系數(shù)，其值等于相距單位長(zhǎng)度的兩平面的溫度相差為一個(gè)單位時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積所傳遞的熱量，單位是瓦米-1開(kāi)-1（Wm-1K-1）。2穩(wěn)態(tài)法測(cè)傳熱速率測(cè)定樣品導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖中待測(cè)樣品（圓盤(pán)）半徑R1=60,厚度h1=5，樣品上表面與加熱盤(pán)（位于上方的黃銅盤(pán)）的下表面接觸，溫度為，加熱盤(pán)有內(nèi)部的電熱絲供熱，熱量有加熱盤(pán)通過(guò)樣品上表面與散熱盤(pán)（位于樣品下面的黃銅盤(pán)）的上表面相接，溫度為，即樣品中的熱量通過(guò)下表面向散熱盤(pán)散發(fā)。樣品上下表面溫度可以認(rèn)為是均勻分布，在h1不是很大情況下可以忽略樣品側(cè)面散熱的影響，則式（1）改寫(xiě)為： （2） 式（2）中S為樣品橫截面積。7圖1 導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 當(dāng)、穩(wěn)定時(shí)，傳熱也達(dá)到穩(wěn)定，即同過(guò)待測(cè)樣品的傳熱率和黃銅盤(pán)向側(cè)面和下面的散熱率相同。 （3） 式（3）中是傳熱穩(wěn)定時(shí)的樣品上下表面的溫度，是樣品的傳熱速率， 是黃銅盤(pán)散熱率。那么式（2）可表示為= （4） 由式（4）可見(jiàn)關(guān)鍵是求黃銅盤(pán)散熱率。為此，當(dāng)測(cè)出穩(wěn)態(tài)時(shí)樣品上下表面的溫度和 之后，拿走樣品，讓加熱盤(pán)下表面直接與散熱盤(pán)上表面接觸，加熱下黃銅盤(pán)使溫度上升到高于若干度后再拿去上黃銅盤(pán)，讓下黃銅盤(pán)自然冷卻，直接向周?chē)?。下黃銅盤(pán)在附近的冷卻速率： （5） 式（5）中m是黃銅質(zhì)量，c是黃銅比熱（c=3.77102 J/kgk）。 在樣品傳熱過(guò)程中，只考慮下黃銅盤(pán)的下表面和側(cè)面散熱。但在側(cè)冷卻速率時(shí)，黃銅盤(pán)上表面也暴露在外，實(shí)際是黃銅的上下表面和側(cè)面都在散熱。由于物體冷卻速率與它的表面積參觀成正比關(guān)系，修正（5）式，可得 (6) 式(6)中，、分別為散熱黃銅盤(pán)半徑和厚度。 將式(6)代入式(4)并整理得： (7)三、實(shí)驗(yàn)儀器81THQDC-1型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀。2游標(biāo)卡尺。3天平。4鑷子。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.用游標(biāo)卡尺測(cè)量待測(cè)樣品盤(pán)的半徑1和h1，散熱黃銅盤(pán)的半徑和厚度。參考值為：=60mm=0.06m，=5mm=0.005m，=12mm=0.012m。2.稱(chēng)散熱盤(pán)的質(zhì)量。參考值為m=1.136kg。3.安裝實(shí)驗(yàn)裝置 注意此過(guò)程應(yīng)在關(guān)閉測(cè)定儀電源的情況下進(jìn)行按圖所示將散熱黃銅盤(pán)小心安裝在測(cè)定儀固定支架上，將測(cè)溫空朝向正面然后將待測(cè)樣品盤(pán)、加熱黃銅盤(pán)依次放在上面，將加熱電源孔朝向反面，且三盤(pán)上下對(duì)齊最后將加熱盤(pán)t100和散熱盤(pán)t100分別插入加熱黃銅盤(pán)和散熱黃銅盤(pán)測(cè)溫孔，并連接好加熱源線(xiàn)，注意t100金屬部分不要裸露在外，且插入深度要一致，否則影響測(cè)溫精度.加熱盤(pán)溫度控制參數(shù)設(shè)置將加熱盤(pán)溫度設(shè)定在具體操作詳見(jiàn)智能溫度調(diào)節(jié)器使用說(shuō)明書(shū).加熱盤(pán)加熱及溫度測(cè)控接通測(cè)定儀電源，將加熱開(kāi)關(guān)置于開(kāi)，此時(shí)加熱指示燈亮在整個(gè)加熱及溫度控制過(guò)程中加熱指示燈亮度會(huì)著加熱快慢而變化注意實(shí)驗(yàn)應(yīng)在室內(nèi)溫度基本穩(wěn)定及無(wú)風(fēng)的條件下進(jìn)行，否則將影響控溫效果當(dāng)加熱盤(pán)溫度控制在設(shè)定溫度時(shí)，若熱盤(pán)溫度和散熱盤(pán)溫度在min后仍保持穩(wěn)定，可認(rèn)為傳熱達(dá)到穩(wěn)定記錄此時(shí)加熱盤(pán)溫度和散熱盤(pán)溫度.測(cè)定散熱盤(pán)熱率將加熱開(kāi)關(guān)置于關(guān)，將加熱盤(pán)小心提起，用鑷子將待測(cè)樣品移去，然后將加熱盤(pán)直接放在散熱盤(pán)上，給散熱盤(pán)加熱，使散熱盤(pán)溫度高于后移去加熱盤(pán)，是散熱盤(pán)在空氣中自然冷卻冷卻過(guò)程中每隔s讀一次散熱盤(pán)溫度，一直讀到低于左右驗(yàn)所得數(shù)據(jù)記錄在表中表散熱盤(pán)散熱率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)t(s)0306090120.510540570600（）7.改變加熱盤(pán)溫度設(shè)定值，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟、6，測(cè)定樣品在不同溫度下導(dǎo)熱系數(shù).改變待測(cè)樣品，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定不同樣品的導(dǎo)熱系數(shù).實(shí)驗(yàn)完畢，將風(fēng)扇開(kāi)關(guān)置于開(kāi)，此時(shí)風(fēng)扇開(kāi)啟，冷卻指示燈亮，使散熱盤(pán)加速冷卻，直到散熱盤(pán)溫度降至室溫，將風(fēng)扇開(kāi)關(guān)置于關(guān)整理實(shí)驗(yàn)儀器五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告9.根據(jù)表所記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇附近組數(shù)據(jù)，用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算散熱盤(pán)冷卻速率。.將散熱盤(pán)冷卻速率代入式（），計(jì)算測(cè)樣品導(dǎo)熱系數(shù).測(cè)定樣品在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，比較不同溫度下同一樣品導(dǎo)熱系數(shù)大小，分析導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系.測(cè)定不同樣品的導(dǎo)熱系數(shù)，比較不同樣品導(dǎo)熱系數(shù)的大小，分析不同樣品的導(dǎo)熱性能六、注意事項(xiàng).加熱盤(pán)溫度設(shè)定值不得高于實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)隨時(shí)觀察加熱盤(pán)溫度變化.實(shí)驗(yàn)裝置溫度較高，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要觸摸高溫盤(pán)，以防燙傷.智能溫度調(diào)節(jié)器出廠前各參數(shù)均設(shè)置好，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以修改加熱盤(pán)溫度設(shè)定值修改其它參數(shù)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，否則影響控溫效果.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中t100金屬部分不要裸露在外，切插入深度要一致，否則影響測(cè)溫精度.實(shí)驗(yàn)應(yīng)在室內(nèi)溫度基本穩(wěn)定及無(wú)風(fēng)的條件下進(jìn)行，否則將影響控溫效果.測(cè)定儀面板上有加熱電源，連接導(dǎo)線(xiàn)時(shí)應(yīng)關(guān)閉電源，以防觸電七、思考題.測(cè)定散熱盤(pán)冷卻速率時(shí)為什么要在穩(wěn)態(tài)溫度附近選值？.樣品的導(dǎo)熱系數(shù)大小與溫度有什么關(guān)系？.樣品的導(dǎo)熱系數(shù)大小與導(dǎo)熱性能有什么關(guān)系？10實(shí)驗(yàn)4 工業(yè)煙氣的成分分析及漏風(fēng)量的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握奧氏氣體分析器的操作，能獨(dú)立進(jìn)行煙氣成分的測(cè)定。2根據(jù)煙氣成分進(jìn)行空氣過(guò)剩系數(shù)的計(jì)算，分析燃燒情況。3了解煙氣成分分析在指導(dǎo)燃料燃燒中的作用。4學(xué)習(xí)通過(guò)測(cè)定窯爐系統(tǒng)不同部位的煙氣成分計(jì)算漏風(fēng)量的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理一般來(lái)說(shuō)，不論是固體燃料還是氣體燃料，其燃燒產(chǎn)物氣體的主要成分都是H2O、CO2、O2、CO及N2。在硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)窯爐不同部位的煙氣成份進(jìn)行分析，不僅可以判斷窯爐的供風(fēng)及燃料燃燒情況，而且可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏風(fēng)情況，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有著十分重要的意義。工業(yè)上，用于煙氣成分分析的儀器種類(lèi)很多，本試驗(yàn)介紹一種比較簡(jiǎn)單的儀器奧氏氣體分析器。它是一種利用不同的化學(xué)試劑對(duì)混合氣體的選擇性吸收來(lái)達(dá)到對(duì)煙氣成分進(jìn)行分析的方法。主要是對(duì)燃料產(chǎn)物中的CO2、O2和CO的體積百分比進(jìn)行測(cè)定。其原理為：用苛性鉀(KOH)或苛性納(NaOH)溶液吸收C02，吸收過(guò)程如下 2KOHC02K2C03H20同時(shí)，此溶液亦吸收煙氣中含量很少的SO2，反應(yīng)式為 2KOHS02 K2S03H20用焦性沒(méi)食子酸(C6H3(OH)3)堿溶液吸收O2，吸收過(guò)程反應(yīng)式為 C6H3(OH)33KOHC6H3(OK)33H20三羥基苯鉀C6H3(OK)3O2(KO)3C6H3C6H3(OK)3H20 六羥基聯(lián)苯鉀用氯化亞銅(Cu2C12)的氨溶液吸收CO，吸收反應(yīng)如下 COONH4 Cu2C122CO4NH32H202Cu+COONH42NH4C1 二酸銨三、實(shí)驗(yàn)裝置11 實(shí)驗(yàn)室所用的奧氏氣體分析器如右圖所示。儀器的主要部分是三個(gè)吸收瓶。每個(gè)吸收瓶是由底部連通的裝有吸收液的前后兩個(gè)瓶所組成。前瓶通過(guò)旋塞K可吸入氣樣。為了增快吸收速度，在前瓶中裝有許多組玻璃管，增大了氣樣與吸收劑的接觸面積。后瓶則是在分析過(guò)程中貯存吸收液，避免溢出。為防止吸收液在空氣中吸收O2,在貯液瓶液面加少許石蠟封液。吸收瓶分別通過(guò)旋塞K1、K2和K3與梳形管5相通，梳形管一端經(jīng)三通閥7和氣樣或大氣相通，另一端與量氣管相通。量氣管下端通過(guò)膠管與水準(zhǔn)瓶6聯(lián)接，在水準(zhǔn)瓶中用飽和食鹽水做封閉液。為防止C02溶于封閉液，可在封閉液中加少量Na2C03，以甲基紅著色。通過(guò)水準(zhǔn)瓶的抬高或下降，可以把氣體吸入或排出。干燥器8中裝有干燥劑，可濾掉煙氣中的灰塵和水氣。儀器所有聯(lián)結(jié)處都用膠管對(duì)接封嚴(yán)，旋塞及三通閥均涂凡士林密封。實(shí)驗(yàn)中的取氣系統(tǒng)由取樣管(耐熱鋼管或石英玻璃管)、膠管、吸氣球、彈簧夾和球膽等組成。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1吸收液的配制 (1)苛性鉀水溶液 取1份重量的KOH溶于2份重量的蒸餾水中。此溶液的吸收能力為每毫升溶液吸收CO240ml。 (2)焦性沒(méi)食子酸堿溶液 取38gC6H3(OH)3溶于150ml蒸餾水中；再取45gKOH溶于32ml蒸餾水中。使用前將兩種溶液加到吸收瓶中混合。此溶液的吸收能力為每毫升溶液吸收02 813ml。 (3)氯化亞銅氨溶液 取50gNH4C1溶于150ml蒸餾水中，再溶入40gCu2Cl2，并放入少量銅絲。使用前再加入相對(duì)密度為091，體積為溶液l3的氨水。此溶液的吸收能力是每毫升溶液可吸收15mlCO。2.取氣樣 圖16-1 奧氏氣體分析器1、2、3一吸收瓶54一量管s5一梳形管；6一平衡瓶57一三通閥；8一干燥器s9-,膽5 K3尺，尺吸收瓶旋塞(1)裝接取氣系統(tǒng)：將球膽、吸氣球、取氣管用膠管聯(lián)接，并在球膽口夾上彈簧夾。要求各個(gè)接口嚴(yán)密不漏氣。 (2)洗氣：將取氣管插入測(cè)點(diǎn)。打開(kāi)彈簧夾，用手壓放吸氣球，將煙氣吸入球膽至半滿(mǎn)。用彈簧夾關(guān)閉球膽前的取氣系統(tǒng)，取下球膽。卷疊球膽將球膽中的氣體趕到大氣中(操作中注意不要再讓空氣進(jìn)入球膽和取氣系統(tǒng))。然后將球膽再接到取氣系統(tǒng)上，重復(fù)取、放氣三次，洗氣完畢。 (3)用以上洗好的取氣系統(tǒng)按洗氣取氣方法將煙氣吸入球膽至完全充滿(mǎn)(不要過(guò)飽滿(mǎn)而造成膽內(nèi)氣壓太大，給分析時(shí)取氣帶來(lái)不便)，夾緊球膽口，取下供分析用。 3檢查奧氏氣體分析器的嚴(yán)密性 (1)檢查吸收瓶及三通閥、旋塞的嚴(yán)密性 關(guān)閉旋塞K：K2K3，將三通閥?和大氣相通，提高水準(zhǔn)瓶，使量氣管內(nèi)水位升到標(biāo)線(xiàn)處，關(guān)閉三通閥。依次分別打開(kāi)旋塞K：K2K，放低水準(zhǔn)瓶，使吸收液緩慢上升到瓶頸標(biāo)線(xiàn)位置，關(guān)閉旋塞。將水準(zhǔn)瓶放在臺(tái)面上，如果吸收瓶和量氣管中液面能夠保持不變，表明三通閥、旋塞，5 ；入 二 i ：個(gè)；廠廣壙父LJ工，廠14_ !占 ；， 巨 廠 ， ? 、 阡 二 夢(mèng)土 ：1 ，- -_C：P ； ；， ； 乙 、 ； -t 、 ， ， 1。 ：h 、xl_ ； 、 _；， 一， 工 廣 廠 鷗 寸 3L二：CCC；二一一 滬 3 ； 。， ， 、關(guān)閉旋塞K1、K2、K2，將三通閥7和大氣相通，提高水準(zhǔn)瓶，使量氣管內(nèi)水位升高到標(biāo)線(xiàn)處，關(guān)閉三通閥。依次分別打開(kāi)旋塞K1、K2、K3，放低水準(zhǔn)瓶，使吸收液緩慢上升到平頸標(biāo)線(xiàn)位置，關(guān)閉旋塞。將水準(zhǔn)瓶放在臺(tái)面上，如果吸收