热能与动力工程专业综合提高实验(选修).doc

热能与动力工程专业综合提高实验（选修）1. 煤炭特性分析与适宜用途的探讨一、实验目的煤炭是多元多相极其复杂的固体燃料，学生通过《煤炭特性分析及其适宜用途的探讨》综合试验，可以初步了解煤的基本理化性质及工艺特性，并且了解国际国内煤炭分类标准，通过理论和实践的结合，针对实验煤样的试验结果，给出实验用煤的归属种类，在查阅文献资料的基础上，试述实验煤样的合理利用的途径。

通过本综合试验，能使学生提高查阅资料及分析问题解决问题的能力，给学生创造动手能力的机会。

这是培养具有高素质工科类学生的重要实践环节。

二、实验进程1. 查阅相关资料①《中国煤炭分类》GB5751—86，了解中国煤炭分成哪几类，按那些分类参数分类。

②分类参数的中国标准测试方法。

③《煤化学》、《煤化工工艺学》和煤炭综合利用等方面的书。

2. 确定分类参数：⑴本标准按煤的煤化程度——干燥无灰基挥发分来区分无烟煤、烟煤和褐煤。

⑵无烟煤煤化程度的参数——干燥无灰基挥发分和干燥无灰基氢含量作为指标，以此来区分无烟煤的小类。

⑶采用两个参数来确定烟煤的类别，一个是表征烟煤煤化程度的参数——干燥无灰基挥发分作为指标，另一个是表征烟煤粘结性的参数——粘结指数、胶质层最大厚度（或奥亚膨胀度）作为指标。

⑷褐煤煤化程度的参数——透光率作为指标，用以区分褐煤和烟煤，以及褐煤中划分小类。

并采用恒湿无灰基高位发热量为辅来区分烟煤和褐煤。

中国煤炭分类参数的国家标准测试方法主要由下列：GB 482—1995 煤层煤样采取方法GB 481—1993 生产煤样采取方法GB 475—1996 商品煤样采取方法GB 474—1996 煤样制备方法GB 212—2001 煤的工业分析方法GB 476—2001 煤的元素分析方法GB 5447—1997 烟煤粘结指数测定方法GB 479—2000 烟煤胶质层指数测定方法GB 5450—1997 烟煤奥亚膨胀计试验GB 2566—1995 年轻煤的透光率测定方法GB 213—2003 煤的发热量测定方法GB 4632—1997 煤的最高内在水分测定方法3. 制订试验程序（实验流程）与指导教师讨论。

4. 准备实验器材，请指导教师检查。

三、测试实验四、结果讨论1. 根据测试数据对实验煤样进行分类。

2. 根据煤样的理化特性数据结合文献资料的介绍，讨论该煤样的适宜用途。

2.气液两相流动特性测试一、实验目的了解表征泡状流流动特性的参数。

了解双头电导探针的测量原理。

掌握双头电导探针法实验数据处理方法。

二、实验原理泡状流的定义是在连续的液体中存在许多弥散的小气泡的两相流体。

在研究两相泡状流系统中，有三个参数是必须考虑的：一是气液两相流分布规律，即气含率的分布，它极大程度地影响了局部的热质交换过程；二是气液界面浓度（单位混合物容积中包含的相界面面积），表达的是气液两相流发生质量、动量和能量传递的表面积的多少，是两流体模型计算中必不可少的；三是气泡尺寸，它是联系界面浓度与空隙率的纽带，同时也对两相流的传热、传质及阻力特性有很大影响。

本实验利用双头电导探针测量洗涤冷却室内泡状流特性参数。

图1为双头电导探针的结构示意图。

三、操作流程制作双头电导探针，并标定；将经标定的电导探针固定于床层适当位置；开启自吸式水泵，将水位控制到所测定的值；开启罗茨鼓风机，调节转子流量计，将气量达到一定值；启动测试和数据处理软件，开始实验。

四、实验数据记录五、讨论1. 泡状流的特征是什么？2. 电导探针的测量基本原理是什么？3. 本实验获得的气泡特征参数与传递过程的哪个变量相关？4. 影响泡状流特性的条件有哪些？3. 气体输送实验一、实验目的1、了解气力输送过程及其特点；2、认识气力输送的一般规律；3、学习DCS控制系统和高速采样方法在气力输送过程中的应用。

二、实验原理与方法在化学工业和其它工业生产过程中，常常涉及到粉体或颗粒状固体物质的输送，输送方式包括带式、链式、螺旋和振动输送机输送以及气力输送等。

其中气力输送因其独具优势得到越来越广泛的应用。

所谓气力输送是指利用气体在管道中的流动，携带固体物料在管道中进行输送的过程。

被输送的物料可以是粉状、粒状和纤维状物料，如矿粉、煤粉、水泥、碳黑、谷物、聚乙烯、聚丙烯等。

气力输送的主要优点是：1．物料在管道中输送，可减少物料对环境的污染以及环境对物料的影响；2．输送管线可灵活布置，易实现空间的充分利用，设备投资和维修费用少；3．在输送的同时能完成多种工艺操作，如混合、干燥、冷却、净化等；4．可实现长距离分散或集中输送；5．机械传动部件少，易损件少，可实现加压操作。

气力输送过程属气固两相流研究领域，气固两相在管道中的运动状态和流型复杂多变，至今人们对该体系特征和规律的认识还在很大程度上依赖于实验研究。

三、实验流程输送系统主要由气源、料罐、阀门与管线、除尘、仪器仪表、DCS监测控制和数据采集等单元组成。

来自空气压缩机的压缩空气经过干燥处理，从气体分配器分三路进入输送系统。

储存于发料罐中的粉煤在加压空气作用下，从发料罐底部出口流出，经过一段垂直与水平输送管线，将粉煤送入接料罐之中。

待一次输送过程完成后，向接料罐中通入压缩空气，存于接料罐中的粉煤可以在气流的携带下，以稀相输送方式返回接料罐中，供下一次实验之用，形成封闭的粉煤输送系统。

携带粉煤流动的气体在往返输送过程中分别经过接料罐和发料罐上方的除尘器过滤后放空。

输送过程消耗的气体流量由金属管浮子流量计计量；管道中粉煤的速度、浓度及质量流量用DMK270固体质量流量计测量；分别用隔离式压力传感器和压力变送器测量管道压力和料罐压力。

1. 空气压缩机2. 缓冲罐3. 冷冻干燥机4. 缓冲罐5.空气分配器6.发料罐7.收料罐8.除尘器9.固体质量流量计10.压力变送器11.差压变送器四、操作步骤（一）前期准备操作（二）返煤输送操作（三）煤粉输送操作五、原始实验数据记录六、实验报告与思考题1．实验结果汇总2．标绘出以下参数的关系图①输送压力与输送量的关系；②表观气速与固气比的关系；③压力沿输送管线的分布。

3．完成思考题（1）什么叫气力输送？气力输送的主要优点是什么？（2）影响气力输送的主要因素有哪些？（3）谈谈对本实验的认识与体会。

4. 微量热天平测不同变质程度煤热解一、实验目的1、认识、了解微量热天平工作原理、用途；2、掌握实验数据处理方法和学会读热失重曲线图；3、培养学生对煤热解气化等过程的研究兴趣。

二、实验原理本实验使用的微量热天平WRT －3P （上海天平厂生产）是有微机数据处理系统的热重分析仪。

测量量程0.1－100mg ，温度范围室温－1400℃，升温速率0.1-40℃/min 。

热天平是在温度程序控制下测量物质质量随温度变化的一种热分析仪器。

用以测定物质的脱水、分解、蒸发、升华等在某一特定温度下所发生的质量变化，例如测定金属有机物的降解、煤的组分、聚合物的热稳定性、催化剂的筛选、炸药的性能以及反应动力学的研究等。

煤是一复杂的高分子化合物，在惰性气氛下加热至较高的温度，因受热而发生一系列的物理变化和复杂的化学反应。

由于成矿年代及地质条件等的差异，煤变质程度不同。

本实验研究不同煤化程度煤热解时的差异。

三、实验仪器本实验使用的微量热天平WRT －3P （上海天平厂生产）是有微机数据处理系统的热重分析仪。

测量量程0.1－100mg ，温度范围室温－1400℃，升温速率0.1-40℃/min 。

四、实验数据处理1．数据计算公式： 质量损失百分数：00100%tw w w w -=⨯ （1） 0w 热解开始时煤样质量；t w 热解进行到t 时刻时煤样质量。

挥发分逸出百分数：00100%tadw w v w v -=⨯ （2）ad v 煤样工业分析挥发分百分含量。

2. 煤热解特征参数求算1）热解起始温度、终止温度：以失重TG 曲线斜率最大点处的切线与实验起始与终止阶段的 水平延长线交点所对应的温度，作为反应起始温度T b 和反应终止温度T f 。

2）最大失重速率、温度：DTG 微分曲线的峰顶点就是试样质量变化速率的最大值。

该点所对应温度，就是试样失重速率最快点的温度。

五、试验报告项目简要说明实验目的、仪器工作原理。

用计算机采集、处理数据。

绘出TG、DTG图，并求出煤热解特征参数。

对实验现象、结果进行阐述与讨论。

六、思考题从热重曲线上能得到什么信息？为何煤种不同热解曲线不同？5. 雾化过程粒度分布的测定一、实验目的喷嘴气流雾化过程的研究是燃烧气化、干燥等过程的基础，而粒度分布的研究则是其中的关键之一。

通过对雾化粒度分布的定量测量，初步掌握Malvern激光测粒仪的使用方法，观察雾化过程，对雾化过程有感性的认识。

二、基本原理颗粒的测量方法很多，根据国外报道，用以测量颗粒的各种装置和仪器已经多达200种以上，它们各有其特点和适用范围，而激光衍射式测粒仪的优点在于：（1）可以实现非接触式测量，有利于生产过程自动化；（2）减少测量过程中的可能带来的误差，从而显著提高测量精度，并有很好的可重复性；（3）可以测量的粒径的范围宽广；（4）不仅可以用于固体颗粒的测量，还可以对液体颗粒进行测量，适用范围很广；（5）其测量的原理虽然复杂，但操作使用简单。

由于光散射法具有以上所述显著优点，自70年代末期开始，在国外，一代新颖的、基于光散射原理的各种激光测粒仪得到了迅速的发展和应用．我国也在80年代末期开始了激光测粒仪的研制和生产。

三、实验仪器需要指出的是，基于衍射原理的激光测粒仪型式很多，但它们的基本互作原理都是相同的。

我们用英国Malvern公司的3600型衍射式激光测粒仪进行测量。

图1 衍射式激光测粒仪原理图图2 光电探测器示意图四、实验流程本实验的流程十分简单，液相水由水泵送出，经过流量计后进入二通道气动式喷嘴的中心通道，气相空气由鼓风机送出，经过流量计后进入喷嘴的环隙通道，在喷嘴出口处混合进入反应器，激光器的测量工作在反应器内完成。

四、实验步骤激光测粒仪的操作一般都采用人机对话方式利用显示屏上显示的操作菜单，有选择地进行。

实验的操作步骤如下：(1) 接通激光发生器的电源，稳定半小时；(2) 接通计算机的电源，启动计算机，按F4到DOS形式，运行UCDOS，执行UCFAM 命令，进入Malvern测量窗口，选F2；(3) 设定测量参数，用计算机键盘输入实验日期、样品名称、透镜焦距、测量区光程等等；(4) 盖上接收透镜的镜盖，测量暗值；(5) 进行对中操作，用手动调节光电探测器的位置，使光电探测器中心与接收透镜的主焦距重合；(6) 测量背景光，调节三个方向的微调，使红色光能信号高于其它所有兰色信号，信号通道为0~1较好；(7) 雾化喷嘴启动稳定；(8) 测量信号光，使遮光率处于理想位置；(9) 用Rosin--Rammler模式处理数据，将结果保存在数据文件中；(10) 关闭雾化装置；(11) 处理数据；(12) 关闭激光器和计算机电源。