熱能與動(dòng)力工程專業(yè)綜合提高實(shí)驗(yàn)(選修).doc

1、熱能與動(dòng)力工程專業(yè)綜合提高實(shí)驗(yàn)（選修）1. 煤炭特性分析與適宜用途的探討一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿禾渴嵌嘣嘞鄻O其復(fù)雜的固體燃料，學(xué)生通過(guò)煤炭特性分析及其適宜用途的探討綜合試驗(yàn)，可以初步了解煤的基本理化性質(zhì)及工藝特性，并且了解國(guó)際國(guó)內(nèi)煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)理論和實(shí)踐的結(jié)合，針對(duì)實(shí)驗(yàn)煤樣的試驗(yàn)結(jié)果，給出實(shí)驗(yàn)用煤的歸屬種類，在查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，試述實(shí)驗(yàn)煤樣的合理利用的途徑。 通過(guò)本綜合試驗(yàn)，能使學(xué)生提高查閱資料及分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，給學(xué)生創(chuàng)造動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)。這是培養(yǎng)具有高素質(zhì)工科類學(xué)生的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。二、實(shí)驗(yàn)進(jìn)程1. 查閱相關(guān)資料中國(guó)煤炭分類GB575186，了解中國(guó)煤炭分成哪幾類，按那些分類參數(shù)分類。

2、分類參數(shù)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。 煤化學(xué)、煤化工工藝學(xué)和煤炭綜合利用等方面的書(shū)。 2. 確定分類參數(shù)： 本標(biāo)準(zhǔn)按煤的煤化程度干燥無(wú)灰基揮發(fā)分來(lái)區(qū)分無(wú)煙煤、煙煤和褐煤。 無(wú)煙煤煤化程度的參數(shù)干燥無(wú)灰基揮發(fā)分和干燥無(wú)灰基氫含量作為指標(biāo)，以此來(lái)區(qū)分無(wú)煙煤的小類。 采用兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定煙煤的類別，一個(gè)是表征煙煤煤化程度的參數(shù)干燥無(wú)灰基揮發(fā)分作為指標(biāo)，另一個(gè)是表征煙煤粘結(jié)性的參數(shù)粘結(jié)指數(shù)、膠質(zhì)層最大厚度（或奧亞膨脹度）作為指標(biāo)。 褐煤煤化程度的參數(shù)透光率作為指標(biāo)，用以區(qū)分褐煤和煙煤，以及褐煤中劃分小類。并采用恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量為輔來(lái)區(qū)分煙煤和褐煤。中國(guó)煤炭分類參數(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法主要由下列：GB 4821

3、995 煤層煤樣采取方法GB 4811993 生產(chǎn)煤樣采取方法GB 4751996 商品煤樣采取方法GB 4741996 煤樣制備方法GB 2122001 煤的工業(yè)分析方法GB 4762001 煤的元素分析方法GB 54471997 煙煤粘結(jié)指數(shù)測(cè)定方法GB 4792000 煙煤膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定方法GB 54501997 煙煤奧亞膨脹計(jì)試驗(yàn)GB 25661995 年輕煤的透光率測(cè)定方法GB 2132003 煤的發(fā)熱量測(cè)定方法GB 46321997 煤的最高內(nèi)在水分測(cè)定方法3. 制訂試驗(yàn)程序（實(shí)驗(yàn)流程）與指導(dǎo)教師討論。4. 準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，請(qǐng)指導(dǎo)教師檢查。三、測(cè)試實(shí)驗(yàn)四、 結(jié)果討論1. 根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)

4、對(duì)實(shí)驗(yàn)煤樣進(jìn)行分類。2. 根據(jù)煤樣的理化特性數(shù)據(jù)結(jié)合文獻(xiàn)資料的介紹，討論該煤樣的適宜用途。2.氣液兩相流動(dòng)特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獗碚髋轄盍髁鲃?dòng)特性的參數(shù)。了解雙頭電導(dǎo)探針的測(cè)量原理。掌握雙頭電導(dǎo)探針?lè)▽?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。二、實(shí)驗(yàn)原理泡狀流的定義是在連續(xù)的液體中存在許多彌散的小氣泡的兩相流體。在研究?jī)上嗯轄盍飨到y(tǒng)中，有三個(gè)參數(shù)是必須考慮的：一是氣液兩相流分布規(guī)律，即氣含率的分布，它極大程度地影響了局部的熱質(zhì)交換過(guò)程；二是氣液界面濃度（單位混合物容積中包含的相界面面積），表達(dá)的是氣液兩相流發(fā)生質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞的表面積的多少，是兩流體模型計(jì)算中必不可少的；三是氣泡尺寸，它是聯(lián)系界面濃度與空隙率的

5、紐帶，同時(shí)也對(duì)兩相流的傳熱、傳質(zhì)及阻力特性有很大影響。本實(shí)驗(yàn)利用雙頭電導(dǎo)探針測(cè)量洗滌冷卻室內(nèi)泡狀流特性參數(shù)。圖1為雙頭電導(dǎo)探針的結(jié)構(gòu)示意圖。三、操作流程制作雙頭電導(dǎo)探針，并標(biāo)定；將經(jīng)標(biāo)定的電導(dǎo)探針固定于床層適當(dāng)位置；開(kāi)啟自吸式水泵，將水位控制到所測(cè)定的值；開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，將氣量達(dá)到一定值；啟動(dòng)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理軟件，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄五、討論1. 泡狀流的特征是什么？2. 電導(dǎo)探針的測(cè)量基本原理是什么？3. 本實(shí)驗(yàn)獲得的氣泡特征參數(shù)與傳遞過(guò)程的哪個(gè)變量相關(guān)？4. 影響泡狀流特性的條件有哪些？3. 氣體輸送實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解氣力輸送過(guò)程及其特點(diǎn)；2、認(rèn)識(shí)氣力輸送的一般

6、規(guī)律；3、學(xué)習(xí)DCS控制系統(tǒng)和高速采樣方法在氣力輸送過(guò)程中的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理與方法在化學(xué)工業(yè)和其它工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常常涉及到粉體或顆粒狀固體物質(zhì)的輸送，輸送方式包括帶式、鏈?zhǔn)?、螺旋和振?dòng)輸送機(jī)輸送以及氣力輸送等。其中氣力輸送因其獨(dú)具優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。所謂氣力輸送是指利用氣體在管道中的流動(dòng)，攜帶固體物料在管道中進(jìn)行輸送的過(guò)程。被輸送的物料可以是粉狀、粒狀和纖維狀物料，如礦粉、煤粉、水泥、碳黑、谷物、聚乙烯、聚丙烯等。氣力輸送的主要優(yōu)點(diǎn)是：1物料在管道中輸送，可減少物料對(duì)環(huán)境的污染以及環(huán)境對(duì)物料的影響；2輸送管線可靈活布置，易實(shí)現(xiàn)空間的充分利用，設(shè)備投資和維修費(fèi)用少；3在輸送的同時(shí)能完成

7、多種工藝操作，如混合、干燥、冷卻、凈化等；4可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離分散或集中輸送；5機(jī)械傳動(dòng)部件少，易損件少，可實(shí)現(xiàn)加壓操作。氣力輸送過(guò)程屬氣固兩相流研究領(lǐng)域，氣固兩相在管道中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和流型復(fù)雜多變，至今人們對(duì)該體系特征和規(guī)律的認(rèn)識(shí)還在很大程度上依賴于實(shí)驗(yàn)研究。三、實(shí)驗(yàn)流程輸送系統(tǒng)主要由氣源、料罐、閥門(mén)與管線、除塵、儀器儀表、DCS監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集等單元組成。來(lái)自空氣壓縮機(jī)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)干燥處理，從氣體分配器分三路進(jìn)入輸送系統(tǒng)。儲(chǔ)存于發(fā)料罐中的粉煤在加壓空氣作用下，從發(fā)料罐底部出口流出，經(jīng)過(guò)一段垂直與水平輸送管線，將粉煤送入接料罐之中。待一次輸送過(guò)程完成后，向接料罐中通入壓縮空氣，存于接料罐中的粉煤

8、可以在氣流的攜帶下，以稀相輸送方式返回接料罐中，供下一次實(shí)驗(yàn)之用，形成封閉的粉煤輸送系統(tǒng)。攜帶粉煤流動(dòng)的氣體在往返輸送過(guò)程中分別經(jīng)過(guò)接料罐和發(fā)料罐上方的除塵器過(guò)濾后放空。輸送過(guò)程消耗的氣體流量由金屬管浮子流量計(jì)計(jì)量；管道中粉煤的速度、濃度及質(zhì)量流量用DMK270固體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量；分別用隔離式壓力傳感器和壓力變送器測(cè)量管道壓力和料罐壓力。1. 空氣壓縮機(jī) 2. 緩沖罐 3. 冷凍干燥機(jī) 4. 緩沖罐 5.空氣分配器 6.發(fā)料罐7.收料罐 8.除塵器 9.固體質(zhì)量流量計(jì) 10.壓力變送器 11.差壓變送器四、操作步驟（一）前期準(zhǔn)備操作（二）返煤輸送操作（三）煤粉輸送操作五、原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄六、

9、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與思考題1實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表序 號(hào)輸送壓力(絕)MPa操作態(tài)氣量m3/h煤粉輸送量kg/h固氣比kg/m3表觀氣速m/s煤粉速度m/s煤粉濃度kg/m3V1V2V總2標(biāo)繪出以下參數(shù)的關(guān)系圖 輸送壓力與輸送量的關(guān)系； 表觀氣速與固氣比的關(guān)系； 壓力沿輸送管線的分布。3完成思考題（1） 什么叫氣力輸送？氣力輸送的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？（2） 影響氣力輸送的主要因素有哪些？（3） 談?wù)剬?duì)本實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)與體會(huì)。4. 微量熱天平測(cè)不同變質(zhì)程度煤熱解一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)、了解微量熱天平工作原理、用途；2、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法和學(xué)會(huì)讀熱失重曲線圖；3、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)煤熱解氣化等過(guò)程的研究興趣。二、實(shí)驗(yàn)原

10、理本實(shí)驗(yàn)使用的微量熱天平WRT3P（上海天平廠生產(chǎn)）是有微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的熱重分析儀。測(cè)量量程0.1100mg，溫度范圍室溫1400，升溫速率0.1-40/min。熱天平是在溫度程序控制下測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量隨溫度變化的一種熱分析儀器。用以測(cè)定物質(zhì)的脫水、分解、蒸發(fā)、升華等在某一特定溫度下所發(fā)生的質(zhì)量變化，例如測(cè)定金屬有機(jī)物的降解、煤的組分、聚合物的熱穩(wěn)定性、催化劑的篩選、炸藥的性能以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究等。煤是一復(fù)雜的高分子化合物，在惰性氣氛下加熱至較高的溫度，因受熱而發(fā)生一系列的物理變化和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。由于成礦年代及地質(zhì)條件等的差異，煤變質(zhì)程度不同。本實(shí)驗(yàn)研究不同煤化程度煤熱解時(shí)的差異。三、實(shí)驗(yàn)儀

11、器本實(shí)驗(yàn)使用的微量熱天平WRT3P（上海天平廠生產(chǎn)）是有微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的熱重分析儀。測(cè)量量程0.1100mg，溫度范圍室溫1400，升溫速率0.1-40/min。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)計(jì)算公式：質(zhì)量損失百分?jǐn)?shù)： （1） 熱解開(kāi)始時(shí)煤樣質(zhì)量； 熱解進(jìn)行到t時(shí)刻時(shí)煤樣質(zhì)量。揮發(fā)分逸出百分?jǐn)?shù)： （2） 煤樣工業(yè)分析揮發(fā)分百分含量。2. 煤熱解特征參數(shù)求算 1）熱解起始溫度、終止溫度：以失重TG曲線斜率最大點(diǎn)處的切線與實(shí)驗(yàn)起始與終止階段的 水平延長(zhǎng)線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度，作為反應(yīng)起始溫度Tb和反應(yīng)終止溫度Tf。2）最大失重速率、溫度：DTG微分曲線的峰頂點(diǎn)就是試樣質(zhì)量變化速率的最大值。該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)溫度，就

12、是試樣失重速率最快點(diǎn)的溫度。五、試驗(yàn)報(bào)告項(xiàng)目簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、儀器工作原理。用計(jì)算機(jī)采集、處理數(shù)據(jù)。繪出TG、DTG圖，并求出煤熱解特征參數(shù)。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果進(jìn)行闡述與討論。六、思考題 從熱重曲線上能得到什么信息？ 為何煤種不同熱解曲線不同？5. 霧化過(guò)程粒度分布的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膰娮鞖饬黛F化過(guò)程的研究是燃燒氣化、干燥等過(guò)程的基礎(chǔ)，而粒度分布的研究則是其中的關(guān)鍵之一。通過(guò)對(duì)霧化粒度分布的定量測(cè)量，初步掌握Malvern激光測(cè)粒儀的使用方法，觀察霧化過(guò)程，對(duì)霧化過(guò)程有感性的認(rèn)識(shí)。二、基本原理顆粒的測(cè)量方法很多，根據(jù)國(guó)外報(bào)道，用以測(cè)量顆粒的各種裝置和儀器已經(jīng)多達(dá)200種以上，它們各有其特點(diǎn)和適用范

13、圍，而激光衍射式測(cè)粒儀的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，有利于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化；（2）減少測(cè)量過(guò)程中的可能帶來(lái)的誤差，從而顯著提高測(cè)量精度，并有很好的可重復(fù)性；（3）可以測(cè)量的粒徑的范圍寬廣；（4）不僅可以用于固體顆粒的測(cè)量，還可以對(duì)液體顆粒進(jìn)行測(cè)量，適用范圍很廣；（5）其測(cè)量的原理雖然復(fù)雜，但操作使用簡(jiǎn)單。由于光散射法具有以上所述顯著優(yōu)點(diǎn)，自70年代末期開(kāi)始，在國(guó)外，一代新穎的、基于光散射原理的各種激光測(cè)粒儀得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用我國(guó)也在80年代末期開(kāi)始了激光測(cè)粒儀的研制和生產(chǎn)。三、實(shí)驗(yàn)儀器 需要指出的是，基于衍射原理的激光測(cè)粒儀型式很多，但它們的基本互作原理都是相同的。我們用英國(guó)Mal

14、vern公司的3600型衍射式激光測(cè)粒儀進(jìn)行測(cè)量。圖1 衍射式激光測(cè)粒儀原理圖圖2 光電探測(cè)器示意圖四、實(shí)驗(yàn)流程本實(shí)驗(yàn)的流程十分簡(jiǎn)單，液相水由水泵送出，經(jīng)過(guò)流量計(jì)后進(jìn)入二通道氣動(dòng)式噴嘴的中心通道，氣相空氣由鼓風(fēng)機(jī)送出，經(jīng)過(guò)流量計(jì)后進(jìn)入噴嘴的環(huán)隙通道，在噴嘴出口處混合進(jìn)入反應(yīng)器，激光器的測(cè)量工作在反應(yīng)器內(nèi)完成。四、實(shí)驗(yàn)步驟激光測(cè)粒儀的操作一般都采用人機(jī)對(duì)話方式利用顯示屏上顯示的操作菜單，有選擇地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下： (1) 接通激光發(fā)生器的電源，穩(wěn)定半小時(shí)； (2) 接通計(jì)算機(jī)的電源，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，按F4到DOS形式，運(yùn)行UCDOS，執(zhí)行UCFAM命令，進(jìn)入Malvern測(cè)量窗口，選F2； (3) 設(shè)定測(cè)量參數(shù)，用計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)輸入實(shí)驗(yàn)日期、樣品名稱、透鏡焦距、測(cè)量區(qū)光程等等； (4) 蓋上接收透鏡的鏡蓋，測(cè)量暗值； (5) 進(jìn)行對(duì)中操作，用手動(dòng)調(diào)節(jié)光電探測(cè)器的位置，使光電探測(cè)器中心與接收透鏡的主焦距重合； (6) 測(cè)量背景光，調(diào)節(jié)三個(gè)方向的微調(diào)，使紅色光能信號(hào)高于其它所有蘭色信號(hào)，信號(hào)通道為01較好； (7) 霧化噴嘴啟動(dòng)穩(wěn)定； (8) 測(cè)量信號(hào)光，使遮光率處于理想位置； (9) 用Rosin-Rammler模式處理數(shù)據(jù)，將結(jié)果保存在數(shù)據(jù)文件中； (10) 關(guān)閉霧化裝置； (11) 處理數(shù)據(jù)；(12) 關(guān)閉激光器和計(jì)算