无非热工过程实验指导书.doc

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1、 热工过程及设备 实验报告书姓名：余辉华班级：06无非（2）班学号：6目 录实验要求2实验一 球体法粒状材料的导热系数的测定3实验二 套管换热器液-液换热实验8实验三 燃料发热量的测定（综合）11附录1 铜康铜热电偶分度表17附录2 精密数字温度温差仪使用方法18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，训练基本操作技能和培养科学的工作作风。4实验结束时

2、，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学生实验时，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 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

3、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 图1 加热圆球示意图测取小球的温度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2专用电源的面板图见图3图2

4、YQF-1型导热系数测定仪的面板图 图3 专用电源的面板图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。 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测量材料：颗粒状材料，例如黄沙，珍珠岩等1.2测量温度范围：502001.3加热电压：060V 加热电流：01A（因不同的材料而不同）1.4圆球尺寸：小球直径D1=80mm 大球直径D2=160mm1.5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、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3.1输出电压：080V3.2输出电流：01A3.3连续工作时间：8小时四、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

6、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

7、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

8、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？实验二 套管换热器液-液换热实验一、 实验目的1 通过实验，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。通过实验取得新物系的传热系数的数据及其计算式。3 通过本实验，了解传热过程的实验方法，在实验技能上受到一定的训练，并加深对传热过程基本原理的理解。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

9、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

10、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、记录实验设备基本参数。实验设备型式和装置方式：水平装置套管式热交换器内管基本参数： 材料：黄铜外径d= 壁厚= 测试段长度L= 套管基本参数： 材料：有机玻璃外径d= 壁厚= 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

11、： （1）求取总传热系数K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-1123平均（2）由圆管内壁的对流换热表面传热系数h实验序号管内流速流体与壁面温差传热速率管内表面传热系数UT1-T2T2-TW2TmQhMS-1KKKWm-2k-1Wm-2k-1123平均实验三 燃料发热量的测定（综合）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

12、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

13、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

14、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

15、(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

16、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0.0

17、03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）

18、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个读数被10除。V1末期内每半分钟间隔内温度变化的平均值，即末期第一个读数被减去第11个读数10 除。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

19、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

20、志是什么？ 温度012345678910温度热电动势（mV）-40-1.475-1.510-1.544-1.579-1.614-1.648-1.682-1.717-1.751-1.785-1.819-40-30-1.121-1.157-1.192-1.228-1.263-1.299-1.334-1.370-1.405-1.440-1.475-30-20-0.757-0.794-0.830-0.867-0.903-0.940-0.976-1.013-1.049-1.085-1.121-20-10-0.383-0.421-0.458-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.

21、683-0.723-0.757-1000.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.345-0.383000.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.3510.3910100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.7490.78910200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.1551.19620301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4

22、861.5281.5691.61130401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.9922.03540502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.4242.46750602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.8642.90860702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.3123.35770803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7

23、213.7673.81380903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2314.277901004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594.6074.6544.7014.7491001104.7494.7964.8444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.1795.2271101205.2275.2755.3245.3725.4205.4695.5175.5565.6155.6635.7121201305.7125.7615.8105.8595.9085.9576.0076.0566

24、.1055.1556.2041301406.2046.2546.3036.3536.4036.4526.5026.5526.6026.6526.7021401506.7026.7536.8036.8536.9036.9547.0047.0557.1067.1567.2071501607.2077.2587.3097.3607.4117.4527.5137.5647.6157.6667.7181601707.7187.7697.8217.8727.9247.9758.0278.0798.1318.1838.2351701808.2358.2878.3398.3918.4438.4958.5488

25、.6008.6528.7058.7571801908.7578.8108.8638.9158.9689.0219.0749.1279.1809.2339.286190DEG C012345678910DEG C附录1 铜康铜热电偶分度表附录2 精密数字温度温差仪使用方法一 面板示意图： 2 3 4 6 5 通 断 SWC-IID 温差（） 温度（） 定时 测量保持精密数字温度温差仪 镇定 镇定测量/保持镇定 1 8 9 10 11 12 7 1电源开关。2温度显示窗口显示温度值。3温度显示窗口显示所测的温度值。4定时窗口显示设定的读数时间间隔。5. 测量指示灯灯亮表示系统处于测量工作状态。6.

26、 保持指示灯灯亮表示系统处于读数保持状态。7. 锁定指示灯灯亮表明系统处于基温锁定状态。8. 锁定键按下此键，基温自动选择和采零键都不起作用，直至重新开机。9. 测量、保持功能转换键此键为开关式按键，在测量功能和保持之间转换。 10采零键用以消除仪表当时的温度值，使温差显示窗口显示“0.000”。11、12数字调节键 键和 键分别调节数字的大小。二操作步骤： 1将传感器探头插入后盖板上的传感器接口（槽口对准）。为了安全起见，请在接通电源前进行上述操作！2将22V电源接入后盖板上的电源插座。3将传感器插入被测物中（插入深度应大于50mm）。4按下电源开关，此时显示屏显示仪表初始状态（实时温度）。

27、5当温度显示值稳定后，按一下采零键，温度显示窗口显示“0.000”。稍后的变化值为采零后温差的相对变化量。6在一个实验过程中，仪器采零后，当介质温度变化过大时，仪表会自动更换适当的基温。这样，温差的显示值将不能正确反映温度的变化量，故在实验时，按下采零键后，应再按一下锁定键。这样，仪器将不会改变基温，采零键也不起作用，直至重新开机。7需要记录读数时，可按一下测量/保持键，使仪器处于保持状态（此时“保持”指示灯亮）。读数完毕，再按一下测量/保持键，即可转换到“测量”状态，进行跟踪测量。8定时读数（1）按下 或 键，设定所需的报时间隔（应大于5秒钟，定时读数才会起作用）。（2）设定完后，定时显示将进行倒计时，当一个计数周期完毕时，蜂鸣器鸣叫且读数保持约5秒钟，“保持”指示灯亮，此时可观察和记录数据。（3）若不想报警，只需将定时读数置于0即可。