1、實(shí)驗(yàn)三 煙氣分析,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1了解手提式氣體分析儀的使用原理。 2掌握手提式氣體分析儀的操作，能獨(dú)立進(jìn)行煙 氣成分的測(cè)定。 3學(xué)會(huì)對(duì)煙氣組成成分CO 2、O2、CO及N2的分 析與計(jì)算。 4根據(jù)煙氣成份學(xué)會(huì)對(duì)空氣過(guò)剩系數(shù)的計(jì)算， 學(xué)會(huì)分析窯爐內(nèi)燃料燃燒情況。,二、實(shí)驗(yàn)原理 一般說(shuō)來(lái)，不論是固體燃料、液體燃料還是氣體燃料，其燃燒產(chǎn)物煙氣的主要成分都是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分進(jìn)行分析，不僅可以判斷窯爐內(nèi)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)有很多，本實(shí)驗(yàn)為手

2、提式氣體分析器，它是在過(guò)去的奧式氣體分析器的基礎(chǔ)上加以改造后設(shè)計(jì)制作的。它是一種利用不同的化學(xué)吸收劑逐次對(duì)煙氣中各項(xiàng)組分進(jìn)行吸收，來(lái)達(dá)到對(duì)煙氣成分進(jìn)行分析的方法。主要是對(duì)燃燒產(chǎn)物中的CO2、O2和CO的體積百分比進(jìn)行測(cè)定。其原理為：,1、CO 2的測(cè)定： 用苛性鉀(KOH)或苛性納(NaOH)溶液吸收CO2，吸收過(guò)程如下： 2 KOH + CO2 = K2CO3 + H2O 同時(shí)此溶液中亦吸收煙氣中含量很少的SO2，反應(yīng)公式為： 2 KOH +SO2=K2SO3+H2O,2、O2的測(cè)定： 用焦性沒(méi)食子酸（2C6H3(OH)3）堿溶液吸收了O2，吸收過(guò)程如下： C6H3(OH)3 +3KOH =

3、 C6H3(OK)3 + 3H2O 三羥基苯鉀 2C6H3(OK)3 +1/2O2 = (KO)3 C6H3C6H3(OK)3 + H2O 六羥基聯(lián)苯鉀,3、CO的測(cè)定： 用氧化亞銅（Cu2Cl2）的氨溶液吸收CO，吸收反應(yīng)如下： Cu2Cl2+2CO= Cu2Cl22CO Cu2Cl22CO + 4NH3 + 2H2O = 2 NH4Cl + 2Cu + (NH4)C2O4 4、N2的測(cè)定： 煙氣中N2不做個(gè)別的分析。測(cè)定CO 2、O2、CO后剩余的氣體都認(rèn)為是N2。,三、實(shí)驗(yàn)儀器 實(shí)驗(yàn)儀器為手提式氣體分析器，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：,圖2-1 手提式氣體分析儀示意圖,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、吸收液的配

4、制： (1) 苛性鉀(KOH)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約可吸收40毫升的CO 2。待溶液中有白色結(jié)晶析出時(shí)，說(shuō)明溶液已被飽和，應(yīng)更換新的吸收液。 (2) 焦性沒(méi)食子酸堿溶液 焦性沒(méi)食子酸鉀吸收液是由以下兩種A、B溶液混合而成：,A液：把5克焦性沒(méi)食子酸溶于15毫升蒸餾水中； B液：把48克氫氧化鉀溶于52毫升蒸餾水中。 此種溶液吸收氧的能力與溶液的溫度和氧的含量有關(guān)。當(dāng)溫度不低于25而混合氣體中氧含量不超過(guò)25%時(shí)，吸收能力最強(qiáng)最快。如果氧含量大于25%而溫度低于15，吸收能力較小較慢，當(dāng)溫度低于12時(shí)，便不能吸收。 該溶液1毫升約可吸收12毫

5、升的O2。,(3) 氯化亞銅銨溶液 將氯化銨250克溶于750毫升水中，加入200克 氯化亞銅，再把一份（體積）比重為0.90的氫氧化銨同上述的三份（體積）溶液混合。配制時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制氫氧化銨的加入量，因?yàn)槿缂尤肓坎粔?，吸收力變小；如加入量過(guò)大，氨蒸氣會(huì)影響測(cè)定結(jié)果。 此溶液1毫升可吸收約15毫升的CO。,2、取氣樣： 煙氣試樣的取得可采用吸氣雙連球取樣。吸氣雙連球取煙氣試樣的連接方法如圖2-2所示。,圖2-2吸氣雙連球取煙氣試樣的連接方法,取樣時(shí)，把取氣管從煙囪的測(cè)孔插入，使取氣管的進(jìn)氣口迎著煙氣排出的方向；將排氣管及貯氣球膽進(jìn)氣口用鐵夾子夾緊（貯氣球膽中的氣體要排凈）；用手反復(fù)擠壓雙連球，將

6、煙氣連同吸氣管中殘余氣體一起吸入下球，待下球裝滿氣體后，打開(kāi)排氣管夾子，將這部分混合氣體排出，再將夾子夾緊，繼續(xù)吸氣，當(dāng)把吸氣管路中的殘存氣體排凈后，即可夾緊排氣管。打開(kāi)貯氣球膽進(jìn)氣中夾子，反復(fù)壓擠，至球膽中充滿煙氣。最后將氣球膽進(jìn)氣中夾緊，取下后即可待用。,3、裝溶液 手提式氣體分析器共有5個(gè)吸收瓶，因做煙氣分析一般測(cè)煙氣中CO 2、O2、CO及N2的含量，所以只用其中的3個(gè)即可。 為方便操作，我們選用X1、X2、X3三個(gè)吸收瓶盛裝吸收液，其中X1盛裝KOH溶液，用以吸收CO 2 、X2中盛裝焦性沒(méi)食子酸鉀溶液，用以吸收O2；X3中盛裝氯化亞銅銨溶液，用以吸收CO。每瓶吸收液裝入量約200毫

7、升。 將水準(zhǔn)瓶?jī)?nèi)裝入約200毫升5%硫酸溶液中，加甲基橙數(shù)滴，使溶液呈現(xiàn)紅色，作為指示劑溶液。 再把液封瓶及保溫套中注滿蒸餾水，以起到液封及保溫作用。,4、檢查儀器的嚴(yán)密性： 關(guān)閉K1至K6開(kāi)關(guān)，打開(kāi)K7、K8開(kāi)關(guān)，抬高水準(zhǔn)瓶，使量瓶中充滿指示劑溶液，然后關(guān)閉K8，落下準(zhǔn)瓶。如果此時(shí)量管中的指示液沒(méi)有明顯下降，即說(shuō)明儀器的嚴(yán)密性可靠。如果量管中的指示液隨水準(zhǔn)瓶的落下而有明顯的下降，則說(shuō)明儀器有漏氣的地方，應(yīng)找出漏氣處，嚴(yán)加密封。,5、操作過(guò)程： （1）用水準(zhǔn)瓶分別調(diào)節(jié)各吸收瓶?jī)?nèi)吸收液的液面，使各瓶?jī)?nèi)吸收液充滿至閥門(mén)處。 注意：在調(diào)節(jié)某一吸收瓶?jī)?nèi)的吸收液封時(shí)，應(yīng)關(guān)閉其他吸收瓶的開(kāi)關(guān)。 （2）關(guān)閉

8、K1至K6開(kāi)關(guān)，打開(kāi)K7及K8，提高水準(zhǔn)瓶，使指示液充滿量管，將管路中空氣排出，把煙氣試樣接入干燥管進(jìn)口，關(guān)閉K8，打開(kāi)K6，降低水準(zhǔn)瓶，使煙氣吸入量管。然后打開(kāi)K8，提高水準(zhǔn)瓶此時(shí)吸入之煙氣連同管路中的殘余空氣一起排出。這樣整個(gè)管路均被煙氣“清洗”了一次，若“清洗”不凈，可再“清洗”1至2次。,（3）清洗完畢，提高水準(zhǔn)瓶，使量管中充滿指示液，關(guān)閉K8，打開(kāi)K6，降低水準(zhǔn)瓶。準(zhǔn)確吸入煙氣100毫升。關(guān)閉K6打開(kāi)K1，提高水準(zhǔn)瓶，將煙氣壓入X1吸入瓶?jī)?nèi)，然后再將水準(zhǔn)瓶位置降低，使煙氣又被吸回量氣管中，經(jīng)過(guò)這樣3至4次壓入和吸回的過(guò)程后，將煙氣吸入量氣管內(nèi)，關(guān)閉K1把水準(zhǔn)瓶靠近量氣管，使水準(zhǔn)瓶口指

9、示液面與量氣管中指示液面對(duì)齊至同一高度，記下此時(shí)量氣管中液面讀數(shù)。每次打開(kāi)K1，重復(fù)上法操作，直到量氣管中液面讀數(shù)不變，即說(shuō)明CO 2已被完全吸收，記下讀數(shù)V1。 然后再打開(kāi)K2，按上述方法進(jìn)行O 2的測(cè)定，記下讀數(shù)V2。最后打開(kāi)K3，進(jìn)行CO的測(cè)定，記下讀數(shù)V3。,五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算與分析： 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表2-1。,計(jì)算各成分的體積百分含量 煙氣中各成分含量按下式計(jì)算： 式中，V煙氣試樣體積（毫升）； V1煙氣被KOH吸收后的體積（毫升）； V2煙氣被焦性沒(méi)食子酸鉀溶液吸收后的體積（毫升）； V3煙氣被氯化亞銅氨溶液吸收后的體積（毫升）。,計(jì)算空氣過(guò)剩系數(shù) 4.分析、討論實(shí)驗(yàn)結(jié)

10、果。 六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)： 1、必須嚴(yán)格按操作步驟進(jìn)行，各組分的吸收順序不可搞亂，否則將會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)。 2、謹(jǐn)慎操作，不可使吸收瓶?jī)?nèi)的溶液沖入管路與其他溶液混合。 3、提升或放低水準(zhǔn)瓶時(shí)動(dòng)作要緩慢，以防指示液或吸收液沖入管路。 4、轉(zhuǎn)動(dòng)各開(kāi)關(guān)時(shí)不可用力過(guò)猛過(guò)大，以防損壞儀器。,七、思考題 1、試說(shuō)明水準(zhǔn)瓶在實(shí)驗(yàn)中的作用？原理是什么？ 2、實(shí)驗(yàn)前為什么要檢查儀器的嚴(yán)密性？如有漏氣，如何處理？ 3、為什么在取氣樣和分析氣樣時(shí)都要洗氣？如何洗氣？ 4、此儀器能否直接用空氣為氣樣？為什么？ 5、怎樣判斷吸收劑已被氣體飽和？ 6、影響奧氏氣體分析器測(cè)量準(zhǔn)確性的因素有哪些？,實(shí)驗(yàn)三 空氣沿水平圓管外表面

11、的自 然對(duì)流換熱系數(shù),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、測(cè)定空氣沿水平圓管外表面的自然對(duì)流還熱系數(shù)。并將數(shù)據(jù)整理成準(zhǔn)則方程式。 2、了解對(duì)流換熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究方法，練習(xí)用相似準(zhǔn)則綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，認(rèn)識(shí)相似理論在對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)研究中的指導(dǎo)意義。,二、實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)固體表面與流過(guò)該表面的流體之間存在溫度差時(shí)，固體表面與流體之間產(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象稱為對(duì)流換熱。對(duì)流換熱過(guò)程是硅酸鹽工業(yè)熱工設(shè)備中最主要的換熱過(guò)程之一。由于對(duì)流換熱一方面依靠流體分子之間的導(dǎo)熱作用，同時(shí)還受到流體宏觀運(yùn)動(dòng)的控制，因而影響對(duì)流換熱的因素很多，主要有三個(gè)方面，即流動(dòng)工況、表面狀態(tài)和工質(zhì)物性。從而使得對(duì)流換熱過(guò)程成為所有換熱過(guò)程中最復(fù)雜的一種，亦

12、使得實(shí)驗(yàn)研究成為研究對(duì)流換熱過(guò)程的一個(gè)極為重要的手段和解決問(wèn)題的基本途徑。,自然對(duì)流是指流體由于各部分溫度不均勻而引起的流動(dòng)，由此引起的對(duì)流換熱稱為自然對(duì)流換熱。各種熱工設(shè)備和管道的熱表面向周?chē)諝獾膶?duì)流換熱就是典型的自然對(duì)流換熱。 實(shí)驗(yàn)研究的是受熱體（圓管）在大空間中的自然對(duì)流換熱現(xiàn)象。根據(jù)傳熱學(xué)和相似原理理論，當(dāng)一個(gè)受熱表面在流體中發(fā)生對(duì)流換熱時(shí)，包含自然對(duì)流換熱系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式可整理為： (3-1) 式中： 努謝爾特準(zhǔn)數(shù)； 葛拉曉夫準(zhǔn)數(shù)；,l 物體的特性尺寸，實(shí)驗(yàn)中為管徑d； 對(duì)流換熱系數(shù)(W/m2)； 流體（空氣）的導(dǎo)熱系數(shù)(W/m2)； v 流體（空氣）的運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s）)； 流

13、體的體積膨脹系數(shù)(1/K)。 Tm定性溫度，實(shí)驗(yàn)中取 ，tw和tf分別為圓管壁面溫度和流體溫度； 是過(guò)余溫度（）； c、n待定實(shí)驗(yàn)常數(shù)，需根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用最小二乘法進(jìn)行確定。 角標(biāo)“f”表示以流體平均溫度作為定性溫度。,由于在一般情況下，實(shí)驗(yàn)管表面散失熱量Q以對(duì)流和輻射兩種方式散發(fā)的。 (3-2) 式中，Q表面散失熱量(W)，QIV； Qc自然對(duì)流散失熱流量(W)： Qr輻射散失熱流量(W)； 實(shí)驗(yàn)管可以被看做為被其他物體（房屋、地面）包圍的面積很小的凸物體，它的輻射熱量為 (3-3),其中，s為系統(tǒng)黑度，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中即為實(shí)驗(yàn)管表面黑度，由實(shí)驗(yàn)室事先測(cè)定； C0為絕對(duì)黑體輻射系數(shù)，C05.67（

14、W/m2K4）； Tw、To分別為壁溫和周?chē)矬w的平均溫度（近似取室溫）； F為實(shí)驗(yàn)管輻射散熱有效面積即為其圓周面積(m2)。 在實(shí)驗(yàn)中待整個(gè)管子達(dá)到熱穩(wěn)定狀況后，通過(guò)測(cè)定在不同加熱功率下得各點(diǎn)表面溫度，可得到平均局部自然對(duì)流換熱系數(shù)： (3-4),三、實(shí)驗(yàn)裝置：,圖3-1 自然對(duì)流換熱系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)裝置圖,實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-1所示，主要有實(shí)驗(yàn)管、熱電偶、自耦變壓器、電壓表、電流表、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及電位差計(jì)組成，實(shí)驗(yàn)管中間裝有電加熱器，其電源線在管的兩端引出，通過(guò)自耦變壓器給定電壓使實(shí)驗(yàn)管加熱，其加熱功率用電壓表、電流表測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)管的不同部分沿管子外表面圓周不同方向安裝幾對(duì)熱電偶，以測(cè)得管子外表面的平

15、均溫度，求出水平圓管外表面的平均自然對(duì)流換熱系數(shù)。 注意：實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)管應(yīng)安裝在一個(gè)單獨(dú)的房間，房間要求盡可能密閉，以防止強(qiáng)迫對(duì)流，并要求沒(méi)有暖氣設(shè)備和陽(yáng)光直射，以防止外界溫度干擾和外來(lái)熱輻射，電源控制和測(cè)試裝置應(yīng)安放在密閉室的外面。,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)備、正確連接線路并接通電源、調(diào)整自耦變壓器、給定一定電壓對(duì)實(shí)驗(yàn)管進(jìn)行加熱。 2、加熱后，待各對(duì)熱電偶的測(cè)值穩(wěn)定，可開(kāi)始測(cè)量管壁溫度，記下一組數(shù)據(jù)。 3、間隔10分鐘，測(cè)一組管壁數(shù)據(jù)，直至前后兩組數(shù)據(jù)接近時(shí)為止，以這兩組數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算數(shù)據(jù)Tw。 4、改變加熱功率（即電壓）至新工況，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)46次。 5、記錄室溫、管

16、徑、管長(zhǎng)。 6、關(guān)閉電源，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。,表3-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表,五、數(shù)據(jù)整理： 1原始數(shù)據(jù)記錄 室溫t0 () 管長(zhǎng)L (m) 管徑d (m) 實(shí)驗(yàn)管表面黑度,2計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù) 根據(jù)式(3-4) 計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理整理在表3-2中。 3. 準(zhǔn)數(shù)方程的確定 根據(jù)Nu和Gr表達(dá)式，可以得到對(duì)應(yīng)的Nu和Gr值，對(duì)Nu為縱坐標(biāo)，以Gr、Pr為橫坐標(biāo)，畫(huà)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。 把幾組數(shù)據(jù)同時(shí)畫(huà)在一坐標(biāo)紙上，得到一系列實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，畫(huà)出一條直線，這條直線的方程即為 直線的斜率為n，截距為C，由此即確定了準(zhǔn)則方程 的指數(shù)n和系數(shù)C。,整 理 數(shù) 據(jù) 表 格,六、思考題 1、本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)吊在大房間內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性有