(13本科)實驗指導(dǎo)書-《材料工程基礎(chǔ)實驗》

1、 湖南工學(xué)院材料工程基礎(chǔ)實驗實驗指導(dǎo)書材料與化學(xué)工程學(xué)院2015年10月湖 南 工 學(xué) 院25P湖南工學(xué)院教案用紙實驗課要求1、按時到達(dá)實驗室進行實驗，無故不得遲到、早退，違者將扣其實驗課的平時成績。2、必須按照本人課表安排的時間來實驗室進行實驗，不得私自調(diào)換實驗時間。3、每次實驗之前必須認(rèn)真進行預(yù)習(xí)，并寫好實驗預(yù)習(xí)報告，無預(yù)習(xí)報告的，不得進行實驗。4、實驗時，必須認(rèn)真記錄實驗數(shù)據(jù)，不得抄襲別人的實驗數(shù)據(jù)，并在實驗結(jié)束后，認(rèn)真撰寫實驗報告，在規(guī)定時間內(nèi)統(tǒng)一交到辦公室進行批改。5、本實驗課共分四次實驗，無故缺席一次實驗，實驗成績即為不及格，如確有客觀原因不能在規(guī)定時間內(nèi)進行實驗的，必須及時告知實

2、驗老師，并在其安排的其他時間內(nèi)補做實驗。6、實驗課成績由平時到課表現(xiàn)，預(yù)習(xí)及實驗報告的成績共同進行評定，實驗課結(jié)束之后，仍未提交實驗報告的，或者實驗報告不全的，實驗課成績將記為不及格。7、實驗室的維護是大家共同的工作，所以，每次實驗結(jié)束后，必須認(rèn)真打掃后，方可離開，謝謝大家！實驗一 流體流動阻力的測定實驗一、實驗?zāi)康?、掌握流體流經(jīng)直管和閥門時的阻力損失和測定方法，通過實驗了解流體流動中能量損失的變化規(guī)律。2、測定直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關(guān)系。3、測定流體流經(jīng)閘閥時的局部阻力系數(shù)x。二、實驗內(nèi)容1、測定實驗管路內(nèi)流體流動的阻力和直管摩擦系數(shù)。2、測定實驗管路內(nèi)流體流動的直管摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)R

3、e之間關(guān)系曲線和關(guān)系式。3、測定流體流經(jīng)閘閥時的局部阻力系數(shù)x。三、實驗原理1、概述本實驗裝置可以測定對比：DN20粗糙直管、光滑管和閥門等阻力系數(shù)。在實際生產(chǎn)中，許多過程都涉及到流體流動的內(nèi)部細(xì)節(jié)，尤其是流體的流動阻力。流體在流動過程中為克服流動阻力必定要消耗能量。流體流動阻力產(chǎn)生根本的原因是流體具有粘性，流動時存在著內(nèi)磨擦，而固定的管壁或其它形狀固體壁面，促使流動流體的內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流體流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，因此液體阻力的大小與流體的物性、流動狀況及壁面等因素有關(guān)。流體在流動系統(tǒng)中作定態(tài)流動時，流體在各截面上的流速、密度、壓強等物理參數(shù)僅隨位置而改變而不隨時間而變。2、實驗原理1

4、）直管阻力與局部阻力實驗流體阻力產(chǎn)生的根源是流體具有粘性，流動時存在內(nèi)摩擦。而壁的形狀則促使流動的流體內(nèi)部發(fā)生相對運動，為流動阻力的產(chǎn)生提供了條件，流動阻力的大小與流體本身的物理性質(zhì)、流動狀況及壁面的形狀等因素有關(guān)。流動阻力可分為直管阻力和局部阻力。流體在流動過程中要消耗能量以克服流動阻力。因此，流動阻力的測定頗為重要。從流程圖可知水從貯槽由泵輸出，經(jīng)流量計計量后，再流經(jīng)管道后回到水槽，循環(huán)利用。改變流量并測定直管與管件的相應(yīng)壓差，即可測得流體流動阻力。2）直管阻力磨擦系數(shù)的測定直管阻力是流體流經(jīng)直管時，由于流體的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的阻力損失hf 。對于等直徑水平直管段根據(jù)兩測壓點間的柏努利方程有：

5、 （1-1） （1-2）式中：l 直管長度（m）d 管內(nèi)徑 （m）P 流體流經(jīng)直管的壓強降（Pa）u 流體截面平均流速（m/s） 流體密度（kg/m3）由式（2-2）可知，欲測定，需知道l、d、（P1-P2）、u、等。 若測得流體溫度，則可查得流體的值。 若測得流量，則由管徑可計算流速u。兩測壓點間的壓降P，可由儀表直接讀數(shù)。3）局部阻力系數(shù)的測定局部阻力主要是由于流體流經(jīng)管路中管件、閥門局部位置時所引起的阻力損失，在局部阻力件左右兩側(cè)的測壓點間列柏努利方程有： （1-3）即： （1-4）式中： 局部阻力系數(shù)P 局部阻力壓強降（Pa）式（2-4）中、u、P等的測定同直管阻力測定方法。3、實驗流

6、程圖1）實驗流程實驗對象部分是由貯水箱，離心泵，不同管徑、材質(zhì)的水管，各種閥門、管件，轉(zhuǎn)子流量計和U型壓差計等所組成的。管路部分有三段并聯(lián)的長直管，分別為用于測定局部阻力系數(shù)，光滑管直管阻力系數(shù)和粗糙管直管阻力系數(shù)。測定局部阻力部分使用不銹鋼管，其上裝有待測管件（閘閥）；光滑管直管阻力的測定同樣使用內(nèi)壁圖1-1 流體阻力實驗流程圖光滑的不銹鋼管，而粗糙管直管阻力的測定對象為管道內(nèi)壁較粗糙的鍍鋅管。水的流量使用轉(zhuǎn)子流量計測量，管路和管件的阻力采用壓差傳感器測量。2）裝置參數(shù)名稱材質(zhì)管內(nèi)徑（mm）測量段長度（cm）管路號管內(nèi)徑局部阻力閘閥120.0130光滑管不銹鋼管220.0130粗糙管鍍鋅鐵管

7、320.0130四、實驗步驟1、泵啟動：首先對水箱進行灌水，然后關(guān)閉出口閥，打開總電源開關(guān)，打開儀表電源開關(guān)，按下啟動按鈕啟動離心泵。2、實驗管路選擇：選擇實驗管路，把對應(yīng)的進口閥打開，并在出口閥最大開度下，保持全流量流動5-10min。3、排氣：將實驗管路和測壓管中的空氣排盡。再進行阻力測定實驗。4、流量調(diào)節(jié)：開啟管路出口閥，調(diào)節(jié)流量，讓流量從3到6m3/h范圍內(nèi)變化，建議每次實驗變化0.5m3/h左右。每次改變流量，待流動達(dá)到穩(wěn)定后，記下對應(yīng)的壓差值。然后用同樣方法做其他管路實驗。5、計算：裝置確定時，根據(jù)和u的實驗測定值，可計算和，在等溫條件下，雷諾數(shù)Re=du/=Au，其中A為常數(shù)，因

8、此只要調(diào)節(jié)管路流量，即可得到一系列Re的實驗點，從而繪出Re曲線。6、實驗結(jié)束：關(guān)閉出口閥，關(guān)閉水泵和儀表電源，將裝置中的水排放干凈。五、注意事項1、在啟動離心泵前，要確保電源的正確，確保不缺相，離心泵缺相不會運轉(zhuǎn)，且會燒毀離心泵。2、在啟動離心泵前，要確保離心泵轉(zhuǎn)向的正確，否則長時間反向運轉(zhuǎn)會損壞離心泵。3、在做流體阻力實驗時，要排盡管路里的氣泡。4、在開、關(guān)各閥門時，須緩開慢關(guān)。六、實驗數(shù)據(jù)處理序號流量（m3/h）光滑管壓差（mmHg）粗糙管壓差（mmHg）局部管壓差（mmHg）七、實驗報告內(nèi)容1、將實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)整理結(jié)果列在表格中，并以其中一組數(shù)據(jù)為例寫出計算過程。2、確定管件或閥門的阻

9、力系數(shù)。八、設(shè)備性能及主要技術(shù)參數(shù)1、該實驗裝置主要由：離心泵、蓄水箱、沿程阻力光滑管、沿程阻力粗糙管、局部阻力管、U型壓差計、轉(zhuǎn)子流量計、閥門、實驗臺架及電控箱等組成。2、光滑直管段：管徑DN0.020m、管長L=1.7m、測壓段L=1.3m，材質(zhì)：不銹鋼管。3、粗糙直管段：管徑 DN0.020m、管長L=1.7m、測壓段L=1.3m，材質(zhì)：鍍鋅鐵管。4、局部阻力直管段:管徑 DN0.020m；管長 L=1.7m、測壓段L=0.5m，材質(zhì)：不銹鋼管。5、轉(zhuǎn)子流量計：型號LZB-50（0.66 m3h），精度 1.5。6、水泵參數(shù)：流量：4m3h，揚程：20m，電機功率：750W。7、蓄水箱為

10、不銹鋼材質(zhì)，容積約80L。九、思考題1、為什么實驗數(shù)據(jù)測定前首先要趕盡設(shè)備和測壓管中的空氣？怎么趕氣？2、想一想，有什么辦法可以檢查系統(tǒng)中的氣是否排凈?3、以水為工作流體所測得的Re曲線能否應(yīng)用于空氣，如何應(yīng)用?4、不同管徑、不同水溫下測定的Re數(shù)據(jù)能否關(guān)聯(lián)在同一條曲線上?為什么？5、如果測壓口、孔邊緣有毛刺或安裝不正，對靜壓的測量有何影響?6、如果要增加實驗中雷諾數(shù)Re的范圍，可采取哪些措施?實驗二 離心泵特性曲線的測定一、實驗?zāi)康?、了解離心泵的結(jié)構(gòu)和特性，熟悉離心泵的操作；了解并熟悉離心泵的工作原理；2、掌握離心泵主要參數(shù)的測定方法，測量一定轉(zhuǎn)速下的離心泵特性曲線；3、了解離心泵的工作點

11、與流量調(diào)節(jié)；4、泵串、并聯(lián)實驗（選做）；5、泵汽蝕實驗（選做）。二、實驗內(nèi)容1、練習(xí)離心泵的操作。2、測定某型號離心泵在一定轉(zhuǎn)速下，H（揚程）、N（軸功率）、h（效率）與qv（流量）之間的特性曲線。3、測定離心泵出口閥門開度定時的管路特性曲線三、實驗原理1、概述生產(chǎn)中所處理的原料及產(chǎn)品，大多為流體。按照生產(chǎn)工藝的要求，制造產(chǎn)品時往往需要把他們依次輸送到各設(shè)備內(nèi)進行反應(yīng)；產(chǎn)品又常需輸送到貯罐內(nèi)貯存。如果欲達(dá)到上述所規(guī)定的條件，把流體從一個設(shè)備輸送到另一個設(shè)備，需要輸送設(shè)備要給流體以一定的速度。生產(chǎn)中，由于各種因素的制約，如場地、設(shè)備費用、工藝要求等等；各設(shè)備之間流體流動需要消耗能量，流體以一定速

12、度在管內(nèi)流動亦需要能量。這樣，就必須給流體提供能量的輸送設(shè)備。我們把為液體提供能量的輸送設(shè)備稱為泵，為氣體提供能量的輸送設(shè)備稱為風(fēng)機及壓縮機。泵種類很多，按照工作原理的不同，分為離心泵、往復(fù)泵、旋轉(zhuǎn)泵、旋渦泵等幾種；風(fēng)機及壓縮機有通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機、真空泵等。其作用均是：對流體做功，提高流體的壓強。本實驗主要介紹離心泵。離心泵一般用電機帶動，在啟動前需向殼內(nèi)灌滿被輸送的液體，啟動電機后，泵軸帶動葉輪一起旋轉(zhuǎn)，充滿葉片之間的液體也隨著轉(zhuǎn)動，在離心力的作用下，液體從葉輪中心被拋向外緣的過程中便獲得了能量，使葉輪外緣的液體靜壓強提高，同時增加了液體的動能。液體離開葉輪進入泵殼后，由于泵殼中流道逐

13、漸加寬，液體的流速逐漸降低，一部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，使泵出口處液體的壓強進一步提高，于是液體以較高的壓強，從泵的排出口進入管路，輸送至所需的場所。一個完整的流體輸送系統(tǒng)所必須包括的主要設(shè)備及儀表有：1）泵（或風(fēng)機、壓縮機）：對流體作功，提高流體壓強；2）進、出口閥門：控制流體流量；3）壓力表：測量流體的壓強；4）管道：流體流動的通道。2、實驗原理A 、離心泵的特性曲線離心泵是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種流體輸送設(shè)備。它的主要特性參數(shù)包括：流量Q，揚程He，功率N，和效率。這些特性參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，在一定轉(zhuǎn)速下，He、N、都隨著輸液量Q變化而變化；離心泵的壓頭He、軸功率N、效率與流量Q之間的對

14、應(yīng)關(guān)系，若以曲線HQ、NQ、Q表示，則稱為離心泵的特性曲線，可由實驗測定。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用離心泵的重要依據(jù)。離心泵在出廠前均由制造廠提供該泵的特性曲線，供用戶選用。泵的生產(chǎn)部門所提供的離心泵的特性曲線一般都是在一定轉(zhuǎn)速和常壓下，以常溫的清水為介質(zhì)測定。在實際生產(chǎn)中，所輸送的液體多種多樣，其無論性質(zhì)（如密度、粘度等）各異，泵的性能亦將發(fā)生變化，廠家提供的特性曲線將不再適用，如泵的軸功率隨液體密度變化而改變，隨粘度變化，泵的壓頭、效率、軸功率等均發(fā)生變化。此外，若改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑，泵的性能也會發(fā)生變化。因此，用戶在使用時要根據(jù)介質(zhì)的不同，重新校正其特性曲線后選用。B、 曲

15、線的測定1）流量Q的測定轉(zhuǎn)速一定，用泵出口閥調(diào)節(jié)流量，管路中流過的液體量通過文丘里及壓差計來確定流量，m3/s。 （2-1）或 （2-2）式中體積流量，；孔板孔口的截面積，；孔板流量系數(shù)；文丘里喉管的截面積，；文丘里流量系數(shù)；RU型壓差計的讀數(shù)，m；U型壓差計指示液密度，；被測流體的密度，；2）揚程（壓頭）He的測定根據(jù)泵進出口管上安裝的真空表和壓力表讀數(shù)可計算出揚程：He =h0 + （2-3）式中：、分別為泵出口壓力表和入口真空表測得的讀數(shù)Pa；輸送液體密度，kg/；h0兩測壓口間的垂直距離，m。3）功率N的測定由功率表直接測定電機功率N（Kw）；4）效率的測定Ne =HeQg （2-4）

16、泵=Ne / N軸×100% （2-5）其中：He揚程，m；Ne離心泵有效功率，Kw。Q泵的流量，m3/s ；流體密度，Kg/m3；N軸泵的軸功率。C 、離心泵的工作點與調(diào)節(jié)1）管路特性曲線與泵的工作點：當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中時，實際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，即在輸送液體的過程中，泵和管路是相互制約的，對一特定的管路系統(tǒng)，可得出：He=K+BQ2其中：操作條件一定時，K為常數(shù)。由上式看出，在固定管路中輸送流體時，管路所輸送的流體的壓頭He隨被輸送流體的流量Q的平方而變（湍流狀態(tài)），該關(guān)系畫在相應(yīng)坐標(biāo)紙上，即為管路特性曲線，該線的形狀取決于系

17、數(shù)K、B，即取決于操作條件和管路的幾何條件，與泵的性能無關(guān)。將離心泵的特性曲線HQ與其所在管路的特性曲線繪于同一坐標(biāo)圖上，兩線交點M稱為泵在該管路上的工作點，該點所對應(yīng)的流量和壓頭既能滿足管路系統(tǒng)的要求，又為離心泵所能提供。D、 離心泵串并聯(lián)操作在實際生產(chǎn)中，當(dāng)單臺離心泵不能滿足輸送任務(wù)要求時，可采用幾臺離心泵加以組合。離心泵的組合方式原則上有兩種：串聯(lián)和并聯(lián)。并聯(lián)操作：設(shè)將兩臺型號相同的離心泵并聯(lián)操作，而且各自的吸入管路相同，則兩臺泵的流量和壓頭必相同，也就是說具有相同的管路特性曲線和單臺泵的特性曲線。在同一壓頭下，兩臺并聯(lián)泵的流量等于單臺泵的兩倍，但由于流量增大使管路流動阻力增加，因此兩臺

18、泵并聯(lián)后的總流量必低于原單臺泵流量的兩倍。由此可見，并聯(lián)的臺數(shù)越多，流量增加得越少，所以三臺泵以上的泵并聯(lián)操作，一般無實際意義。串聯(lián)操作：將兩臺型號相同的泵串聯(lián)工作時，每臺泵的壓頭和流量也是相同的。因此，在同一流量下，串聯(lián)泵的壓頭為單臺泵的兩倍，但實際操作中兩臺泵串聯(lián)操作的總壓頭必低于單臺泵壓頭的兩倍。應(yīng)當(dāng)注意，串聯(lián)操作時，最后一臺泵所受的壓力最大，如串聯(lián)泵組臺數(shù)過多，可能會導(dǎo)致最后一臺泵因強度不夠而受損壞。3、實驗流程圖圖2-1 離心泵性能綜合實驗流程圖四、實驗操作步驟與注意事項1、先將一定量的水輸入蓄水箱，加入水量應(yīng)為水箱的三分之二以上，關(guān)閉計量水箱底部排液閥。2、泵特性曲線實驗 泵啟動前

19、，泵殼內(nèi)應(yīng)注滿被輸送的液體（本實驗為水），打開所有閥往其內(nèi)加水排走管道空氣，然后關(guān)閉閥2、閥4加水直至有水溢流；并且泵的出口閥需關(guān)閉，避免泵剛啟動時的空載運轉(zhuǎn)。若出現(xiàn)泵無法輸送液體，則說明泵未灌滿或者其內(nèi)有空氣，氣體排盡后必然可以輸送液體。 關(guān)閉閥1，啟動泵B，待泵出口有一定的壓力后再開啟泵出口閥（閥6）但幅度不要太大；記錄下泵在一定轉(zhuǎn)速下泵的功率、進出口壓力、 流量等于原始記錄表格中。流量通過渦輪流量計來測量。 加大泵出口閥（閥6）的開度，記錄下相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。 關(guān)泵時，應(yīng)注意泵的出口閥門必須關(guān)閉，再停泵；3、泵并聯(lián)實驗 開閥2、閥5、閥1，灌泵排氣后關(guān)閥1。 同時開啟泵A、泵B，稍開閥6和閥

20、3。 記錄下渦輪流量計、泵入口負(fù)壓傳感器讀數(shù)、泵出口正壓傳感器讀數(shù)和功率表讀數(shù)等數(shù)據(jù)。4、泵串聯(lián)實驗 做完泵并聯(lián)實驗后同時開啟閥4、關(guān)閉閥3和閥5，泵A和泵B同時運轉(zhuǎn)。 記錄下渦輪流量計、泵入口負(fù)壓傳感器讀數(shù)、泵出口正壓傳感器讀數(shù)和功率表讀數(shù)等數(shù)據(jù)。5、泵汽蝕實驗 關(guān)閉閥7，立即開啟閥1，使泵入口管路抽空。 按泵特性曲線實驗的操作步驟進行實驗，開泵便可聽到一聲響聲。 注意泵汽蝕實驗操作的時間不宜過久，以免縮短泵的使用壽命。五、實驗數(shù)據(jù)記錄表（一）泵特性曲線實驗序號渦輪流量計m3/h壓力表MPa真空表MPa功率表W（二）泵并聯(lián)實驗序號渦輪流量計m3/h壓力表AMPa真空表AMPa功率表AW壓力表

21、BMPa真空表BMPa功率表BW（三）泵串聯(lián)實驗序號渦輪流量計m3/h壓力表AMPa真空表AMPa功率表AW壓力表BMPa真空表BMPa功率表BW六、實驗報告內(nèi)容1、將實驗數(shù)據(jù)和計算結(jié)果列在數(shù)據(jù)表格中，并以一組數(shù)據(jù)進行計算舉例。2、在合適的坐標(biāo)系上標(biāo)繪離心泵的特性曲線，并在圖上標(biāo)出離心泵的各種性能（泵的型號和轉(zhuǎn)速、高效率區(qū)）。七、設(shè)備性能與主要技術(shù)參數(shù)1、本實驗裝置主要由：離心泵、壓力表、真空表、文丘里流量計、蓄水箱、操作臺架等組成。2、離心泵采用25SG2.5-15G型管道離心泵，額定功率：0.37KW，轉(zhuǎn)速：2800r/min，吸程：8m，效率：34%，流量：2.5m3/h，揚程：15m，

22、必須汽蝕余量：2.3m。3、壓力表壓力傳感器量程為（0-0.6MPa）,真空表采用負(fù)壓傳感器量程為（-0.10 MPa）。4、流量測量采用渦輪流量計：0.66 m3/h。5、蓄水箱容積約100L，不銹鋼材質(zhì)，當(dāng)停止供水通過開啟灌泵閥時，可使泵運行時出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象。6、金屬操作臺架上裝有一電控箱，除開關(guān)指示燈外，還裝有功率表、壓力顯示儀、流量顯示儀。八、思考題1、試分析實驗數(shù)據(jù)，看一看，隨著泵出口流量調(diào)節(jié)閥開度的增大，泵入口真空表讀數(shù)是減少還是增加，泵出口壓強表讀數(shù)是減少還是增加。為什么?2、本實驗中，為了得到較好的實驗結(jié)果，實驗流量范圍下限應(yīng)小到零，上限應(yīng)盡量的大。為什么?3、離心泵的流量，為什

23、么可以通過出口閥來調(diào)節(jié)?往復(fù)泵的流量是否也可采用同樣的方法來調(diào)節(jié)。為什么?4、什么情況下會出現(xiàn)“汽蝕”現(xiàn)象?5、管路特性曲線的形狀與泵的性能有關(guān)嗎?它取決于哪些因素?改變管路特性曲線的方法有哪些?6、為什么離心泵啟動時要關(guān)閉出口閥？7、正常工作的離心泵，在其進口管上設(shè)閥門是否合理？為什么？實驗三 干燥速率曲線的測定一、實驗?zāi)康?、掌握干燥曲線和干燥速率曲線的測定方法。2、學(xué)習(xí)物料含水量的測定方法。3、加深對物料臨界含水量Xc的概念及其影響因素的理解。4、學(xué)習(xí)恒速干燥階段物料與空氣之間對流傳熱系數(shù)的測定方法。5、學(xué)習(xí)用誤差分析方法對實驗結(jié)果進行誤差估算。二、實驗內(nèi)容1、每組在某固定的空氣流量和某

24、固定的空氣溫度下測量一種物料干燥曲線、干燥速率曲線和臨界含水量。2、測定恒速干燥階段物料與空氣之間對流傳熱系數(shù)。三、實驗原理當(dāng)濕物料與干燥介質(zhì)相接觸時，物料表面的水分開始?xì)饣?，并向周圍介質(zhì)傳遞。根據(jù)干燥過程中不同期間的特點，干燥過程可分為兩個階段。第一個階段為恒速干燥階段。在過程開始時，由于整個物料的濕含量較大，其內(nèi)部的水分能迅速地達(dá)到物料表面。因此，干燥速率為物料表面上水分的氣化速率所控制，故此階段亦稱為表面氣化控制階段。在此階段，干燥介質(zhì)傳給物料的熱量全部用于水分的氣化，物料表面的溫度維持恒定（等于熱空氣濕球溫度），物料表面處的水蒸汽分壓也維持恒定，故干燥速率恒定不變。第二個階段為降速干燥

25、階段，當(dāng)物料被干燥達(dá)到臨界濕含量后，便進入降速干燥階段。此時，物料中所含水分較少，水分自物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率低于物料表面水分的氣化速率，干燥速率為水分在物料內(nèi)部的傳遞速率所控制。故此階段亦稱為內(nèi)部遷移控制階段。隨著物料濕含量逐漸減少，物料內(nèi)部水分的遷移速率也逐漸減少，故干燥速率不斷下降。恒速段的干燥速率和臨界含水量的影響因素主要有：固體物料的種類和性質(zhì)；固體物料層的厚度或顆粒大小；空氣的溫度、濕度和流速；空氣與固體物料間的相對運動方式。恒速段的干燥速率和臨界含水量是干燥過程研究和干燥器設(shè)計的重要數(shù)據(jù)。本實驗在恒定干燥條件下對帆布物料進行干燥，測定干燥曲線和干燥速率曲線，目的是掌握恒速段干燥

26、速率和臨界含水量的測定方法及其影響因素。1、干燥速率的測定 （3-1）式中：干燥速率，kg/（m2·h）；干燥面積，m2，（實驗室現(xiàn)場提供）；時間間隔，h；時間間隔內(nèi)干燥氣化的水分量，kg。2、物料干基含水量 （3-2）式中：物料干基含水量，kg水/ kg絕干物料；固體濕物料的量，kg；絕干物料量，kg。3、恒速干燥階段，物料表面與空氣之間對流傳熱系數(shù)的測定 （3-3） （3-4）式中：恒速干燥階段物料表面與空氣之間的對流傳熱系數(shù)，W/（m2·）；恒速干燥階段的干燥速率，kg/（m2·s）；干燥器內(nèi)空氣的濕球溫度，；干燥器內(nèi)空氣的干球溫度，；下水的氣化熱，J/ k

27、g。4、干燥器內(nèi)空氣實際體積流量的計算由節(jié)流式流量計的流量公式和理想氣體的狀態(tài)方程式可推導(dǎo)出： （3-5）式中：干燥器內(nèi)空氣實際流量，m3/ s；流量計處空氣的溫度，；常壓下t0時空氣的流量，m3/ s；干燥器內(nèi)空氣的溫度，。 （3-6） （3-7）式中：C0流量計流量系數(shù)，C0=0.65A0節(jié)流孔開孔面積，m2d0節(jié)流孔開孔直徑， d0=0.0400 m；P節(jié)流孔上下游兩側(cè)壓力差，Pa；孔板流量計處時空氣的密度，kg/m3。干燥曲線XT曲線，用X、T數(shù)據(jù)進行標(biāo)繪；干燥速率曲線UX曲線，用U、XAV數(shù)據(jù)進行標(biāo)繪。5、實驗裝置流程圖由圖可知，本實驗裝置主要由風(fēng)機、電加熱器、溫度控制器、干燥室、風(fēng)

28、管等設(shè)備所組成?？諝庥娠L(fēng)機鼓入電加熱器，加熱升溫后經(jīng)列管換熱器再進入干燥室對物料進行干燥，循環(huán)風(fēng)量由干燥室中的熱球風(fēng)速儀測量。離開干燥室的尾氣，經(jīng)碟閥再返回風(fēng)機進口循環(huán)使用。循環(huán)空氣溫度可通過溫度控制器自動調(diào)節(jié)，以保持在恒定干燥條件下進行實驗?？諝鉂穸瓤捎筛稍锸仪昂蟮母伞袂驕囟扔嬮g接測定（查表讀?。?。加熱空氣流量可由碟閥開度來調(diào)節(jié)。本實驗的濕物料采用特制的無膠纖維紙板，所以有較強的吸水性。操作時將紙板直接放在干燥室內(nèi)的電子天平托架上進行干燥，電子天平可連續(xù)顯示濕紙板的重量。因而通過電子天平可直接讀取濕紙板任一時刻干燥后的結(jié)果，計算出紙板在一定的時間間隔內(nèi)的失重，即為紙板在這一段時間內(nèi)所蒸發(fā)的

29、水分量。四、操作步驟1、打開電源總開關(guān)，檢查風(fēng)速儀是否處于“斷開”位置；2、讀取相對濕度表的讀數(shù)；3、向濕球溫度計套管里加滿水；4、將碟閥打開置于75左右的開度；5、啟動風(fēng)機，待穩(wěn)定后，取出干燥室頂部的風(fēng)速測量頭，打開保護套管后再放入測量孔內(nèi)，將風(fēng)速儀面板上按鈕撥至“零度”位置以測定風(fēng)速值，風(fēng)速儀讀取完數(shù)據(jù)后，應(yīng)將風(fēng)速測量頭取出關(guān)閉保護套管，將風(fēng)速儀置于“斷開”位置）；6、通過溫控顯示表設(shè)定進風(fēng)溫度值為5060，啟動加熱按鈕，并將手動調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)至中位；7、待進風(fēng)溫度升至60后，可開始準(zhǔn)備紙板：為紙板加水（采用10×10mm厚紙板）；用托盤天平初步稱量一下濕紙板的重量；8、打開空氣進口

30、閥門和廢氣出口閥，均置于50左右的開度；9、待進風(fēng)溫度基本穩(wěn)定后，打開電子天平，并置于“0.0”位置，準(zhǔn)備好秒表。打開干燥室的門，將準(zhǔn)備好的濕紙板迅速垂直放入干燥室中的托架槽內(nèi)，迅速關(guān)好門（并同時計時，從電子天平上讀取濕紙板重量）；10、讀取相應(yīng)的操作控制溫度、干燥室進、出口溫度和濕球溫度，以及相對濕度等數(shù)據(jù)；11、以后操作根據(jù)濕紙板的重量進行：即從電子天平上讀取的第一組數(shù)據(jù)開始，濕紙板每減少1g重量，就必須讀取一次數(shù)據(jù)（包括：濕紙板重量、間隔時間，相應(yīng)的操作控制溫度、干燥室進、出口溫度和濕球溫度，以及相對濕度等）；12、注意濕球溫度計的讀數(shù)應(yīng)保持相對穩(wěn)定的溫差，如果發(fā)現(xiàn)溫差值減小較大，應(yīng)立刻

31、為濕球溫度計加水；13、待最后一次操作的時間間隔超過6min時，即可結(jié)束干燥實驗；14、讀取干燥實驗裝置的設(shè)備參數(shù)與絕干紙板參數(shù)，包括：干燥室面積，室內(nèi)空氣自然溫度，絕干紙板質(zhì)量、紙板的表面積等；15、實驗完畢，關(guān)閉加熱按鈕，將紙板取出，關(guān)閉電子天平，待溫度降至35以下，再關(guān)閉風(fēng)機開關(guān)與電源開關(guān)（學(xué)生實驗時必須注意），被免電熱管燒壞。五、實驗注意事項1、實驗開始時必須先啟動風(fēng)機，再開加熱，以防電熱管燒壞！實驗結(jié)束后，必須待溫度降下后再關(guān)閉風(fēng)機，否則電熱管容易燒壞。再關(guān)閉電源開關(guān)。結(jié)束實驗。2、干燥循環(huán)空氣操作溫度應(yīng)控制在75左右，溫度過高易燒壞電機！3、任何時候都不允許將碟閥完全關(guān)閉，否則將會

32、燒壞電機。4、風(fēng)速測量應(yīng)在升溫前完成，以減小測量誤差。測量完畢，應(yīng)立即將測速探頭抽出，以防高溫?fù)p壞。5、干燥系統(tǒng)的操作工況已維持基本恒定后，立即將濕紙板放入干燥室內(nèi)，同時開啟秒表分段記取每干燥一定水分量（如1g或2g）所需的時間（可在同一電子秒表上完成），當(dāng)最后一個等重水分干燥的時間間隔超過6分鐘，實驗即可結(jié)束。六、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理實驗計算實驗的第i和i1組數(shù)據(jù)為例。(公式: 被干燥物料的重量 G： ，g (3-8) ，g (3-9)被干燥物料的干基含水量 X： ， kg水kg絕干物料 (3-10) ，kg水kg絕干物料 (3-11)兩次記錄之間的平均含水量 XAV： ，kg水kg絕干物料

33、(3-12)兩次記錄之間的平均干燥速率： ，kg水(s·m2) (3-13)干燥曲線XT曲線，用X、T數(shù)據(jù)進行標(biāo)繪。干燥速率曲線UX曲線，用U、XAV數(shù)據(jù)進行標(biāo)繪。恒速階段空氣至物料表面的對流傳熱系數(shù)，(m2) （3-14）實驗數(shù)據(jù)記錄序 號濕試樣重量（g）時間間隔（s）風(fēng)速（m/s）進口溫度 出口溫度 濕球溫度 計算結(jié)果干燥速率濕料含水量123456七、實驗裝置的主要技術(shù)性能指標(biāo)1、該裝置主要由干燥器、電子天平、離心風(fēng)機、熱球風(fēng)速儀、電子天平、溫控儀表、開關(guān)、指示燈等組成。2、水分干燥速率：0.005-0.020gcm-2 min-1。3、氣流干燥室斷面尺寸：寬×高200

34、×200mm。4、循環(huán)風(fēng)及風(fēng)量測量：離心風(fēng)機：2800rpm，風(fēng)量450 m3/h，風(fēng)壓120mmH2O，效率66，軸功率0.25kw。風(fēng)量可調(diào)范圍0600 m3/h。風(fēng)速：主管0-30m/s，箱內(nèi)0-6m/s。QDF3熱球風(fēng)速（風(fēng)量）計：0-10m/s。5、溫度測量點及空氣，干球溫度、濕球溫度、加熱控制溫度、空氣、冷卻水進出口溫度，均為 Pt100 熱電阻。6、干燥室的進風(fēng)溫度可通過溫控顯示表在0150之間可任意設(shè)定。7、物料稱量裝置：數(shù)顯電子天平（YP400），可去皮，最大稱量為400g，稱量精度0.10g，可連續(xù)顯示稱量結(jié)果。八、思考題1、影響干燥速度的因素有哪些？2、影響臨界

35、含水量的因素有哪些?臨界含水量的測定有何意義？3、試分析恒速干燥階段干燥速度恒定不變的原因，恒速階段干燥速度的大小取決于什么？4、降速干燥階段干燥速度的大小取決于什么？5、比較固體物料含水量的各種測量方法。6、有人說：“用于干燥的熱介質(zhì)溫度越高，濕度越小，有利于干燥”，這種說法對否?為什么？7、干燥實驗通常是在恒定干燥條件下進行的，試述恒定干燥條件指哪些方面。8、一定溫度下，用某熱介質(zhì)干燥恒定物料，所能去除水分的最大量取決于什么？實驗四 煤含硫量的測定一、實驗?zāi)康?煤炭已成為我國經(jīng)濟建設(shè)中主要的一次性能源，全硫含量分析是評價煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，該指標(biāo)的監(jiān)測有益于用煤企業(yè)的提高經(jīng)濟效益、減虧

36、增盈、降低環(huán)境污染有著十分重要的意義。 本實驗的目的： （1）了解以庫侖滴定為原理的自動測硫儀基本原理及儀器裝置； （2）學(xué)習(xí)使用CLS-600A型煤含硫量分析儀測定煤的含硫量。二、實驗原理該儀器根據(jù)動態(tài)庫侖分析原理，通過雙鉑指示電極對檢測控制滴定過程，電解電流隨著被測樣品中的硫含量增減而增減，實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤滴定，從而獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。含硫樣品在高溫裂解爐（1150）狀態(tài)下，經(jīng)催化劑（三氧化鎢）的作用下，于空氣流中燃燒分解。煤中的各種形態(tài)的硫均被氧化、分解為二氧化硫和少量的三氧化硫，并被空氣流帶到電解池內(nèi)，與水化合生成亞硫酸與少量的硫酸，以電解碘化鉀溴化鉀溶液生成的電生碘和電生溴來氧化滴定亞

37、硫酸。樣品中的各種形態(tài)的硫氧化分解如下：樣品中有機硫 + O2 SO2 + H2 O + CO2 + Cl2 + 4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2樣品中的硫酸鹽+O2 SO2 + 2SO2 + O2 2SO3電解電極反應(yīng)如下： 電解陽極： 2I- - 2e I2 電解陰極： 2H+ + 2e H2碘氧化二氧化硫的反應(yīng)： I2 + H2SO3 + H2O 2I- + H2SO4 + 2H+隨著電解的不斷進行,電解液中原有的電生碘碘離子平衡得到恢復(fù)，指示電極間信號重新回到指示零點，電解終止。溶液處于平衡時，指示電極上存在如下可逆平衡:指示陽極： 2I- - 2e I2 指示陰極： I2 + 2e 2I- 儀器根據(jù)電生碘所消耗的電量（Q）,由法拉第定律: 式中: W試樣中硫重量，mgQ電解消耗的電量；mcM硫的原子量；N電子轉(zhuǎn)移數(shù)；96