循环风洞干燥实验.docx
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循环风洞干燥实验
循环风洞干燥实验装置
说明书
天津大学化工基础实验中心
2011．10
一.实验装置的基本功能和特点：
本装置为学生学习干燥曲线、干燥速率曲线及临界湿含量测定方法提供了实验平台，同时，可练习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法，通过实验，加深学生对干燥过程及干燥机理的理解，并通过操作实物干燥过程，了解干燥操作中废气循环的流程和概念。
本说明书还列举了一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子，介绍数据的处理和计算方法。
本实验装置还可以为研究恒速干燥速率，临界湿含量，平衡湿含量等参数随其影响因素的变化规律提供平台。
整套装置具有结构紧凑，占地面积小，干燥介质空气流量调节范围大，耗能量小，操作方便等特点。
可以方便地测得常见的、典型的干燥曲线、干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。
1.用途：
（1）供学生做实验，学习干燥曲线和干燥速率曲线及临界湿含量的实验测定方法，加深对干燥操作过程及其机理的理解。
（2）供学生学习干湿球温度湿度计的使用方法，学习被干燥物料与热空气之间对流传热系数的测定方法。
（3）供学生通过实物了解干燥操作中废气循环的流程和概念。
（4）为学生提供一个由气体流量计读数求指定截面处气体流速的实际例子，以便掌握其计算方法。
（5）实验研究恒速干燥速率，临界湿含量，平衡湿含量随其影响因素的变化规律。
2.特点:
（1）结构紧凑，占地面积小。
（2）干燥介质空气流量的调节范围大。
（3）耗能量小。
（4）实验操作十分方便。
（5）可以很容易地测得常见的典型的干燥曲线，干燥速率曲线和恒速段热空气与被干燥物表面之间的对流传热系数。
二.实验装置简介：
1.实验设备流程图（见图一）
2.实验设备主要技术参数：
（1）洞道干燥器:
空气流通的横截面积见表1
（2）鼓风机:
上海兴益电器厂BYF7132型三相低噪声中压风机，最大出口风压为1.7[kPa]，电机功率为0.55[kW]。
（3）空气预热器:
三个电热器并联，每个电热器的额定功率为450[W]，额定电压为220[∨]
（4）重量变送器:
量程0-200[g]，精度0.1级，输出0-5[V]，供电电源12[VDC]。
（5）压差变送器:
量程0-10[kPa],精度0.5级，输出4-20[mA]，供电电源24[VDC]。
（6）显示仪表：
a.重量显示:
输入0-5[V],显示0-200[g]，供电电源220[VAC]。
b.压差显示:
输入4-20[mA],显示0-4[kPa]，供电电源220[VAC]。
c.温度显示:
输入PT100,显示-50-150[℃]，供电电源220[VAC]。
d.温度显示控制仪表:
输入PT100,显示-50-150[℃]，输出0-5[V],供电电源220[VAC]。
（具体使用方法参见仪表使用说明书）
（7）被干燥物的试样：
被干燥物料为工业尼，每一套装置所用某种纺织布料的干燥面积、绝干物料量可能稍有差别，具体数值见调试实验的数据表，表2等。
三、实验方法及步骤：
1.实验前的准备工作
（1）将被干燥物料试样进行充分的浸泡。
（2）向湿球温度湿度计的附加蓄水池内，补充适量的水，使池内水面上升至适当位置。
图一实验装置流程图
1.中压风机；2.孔板流量计；3.空气进口温度计；4.重量传感器；5.被干燥物料；6.加热器；7.干球温度计；8.湿球温度计；9.洞道干燥器；10.废气排出阀；11.废气循环阀；12.新鲜空气进气阀；13.干球温度显示控制仪表；14.湿球温度显示仪表；15.进口温度显示仪表；16.流量压差显示仪表；17.重量显示仪表；18.压力变送器。
（3）将被干燥物料的空支架安装在洞道内。
（4）调节新空气入口阀到全开的位置。
2.装置的实验操作方法
（1）按下电源开关的绿色按键，在按风机开关按钮，开动风机。
（2）调节三个蝶阀到适当的位置，将空气流量调至指定读数。
（3）在温度显示控制仪表上，利用（＜,＞,︿）键调节实验所需温度值，sv窗口显示，此时pv窗口所显示的即为干燥器的干球温度值，按下加热开关，让电热器通电。
（4）干燥器的流量和干球温度恒定达5分钟之后，即可开始实验。
此时，读取数字显示仪的读数作为试样支撑架的重量（GD）。
（5）将被干燥物料试样从水盆内取出，控去浮挂在其表面上的水份（使用呢子物料时，最好用力挤去所含的水分，以免干燥时间过长。
将支架从干燥器内取出，再将支架插入试样内直至尽头）。
（6）将支架连同试样放入洞道内，并安插在其支撑杆上。
注意:
不能用力过大，使传感器受损。
（7）立即按下秒表开始计时，并记录显示仪表的显示值。
然后每隔一段时间记录数据一次（记录总重量和时间），直至减少同样时间重量的减少是恒速阶段所用时间的8倍时，即可结束实验。
注意:
最后若发现时间已过去很长，但减少的重量还达不到所要求的克数，则可立即记录数据。
四、实验注意事项：
1.在安装试样时，一定要小心保护传感器，以免用力过大使传感器造成机械性损伤。
2.在设定温度给定值时，不要改动其它仪表参数，以免影响控温效果。
3.为了设备的安全，开车时，一定要先开风机后开空气预热器的电热器。
停车时则反之。
4．突然断电后，在次开启实验时，检查风机开关、加热器开关是否已被按下，如果被按下，请再按一下使其弹起，不再处于导通状态。
四.附数据处理过程举例：
（一）调试实验的结果
1.调试实验的数据见表1，表中符号的意义如下:
S─干燥面积，[m2]
GC─绝干物料量，[g]
R─空气流量计的读数，[kPa]
To─干燥器进口空气温度，[℃]
t─试样放置处的干球温度，[℃]
tw─试样放置处的湿球温度，[℃]
GD─试样支撑架的重量，[g]
GT─被干燥物料和支撑架的"总重量"，[g]
G─被干燥物料的重量，[g]
T─累计的干燥时间，[S]
X─物料的干基含水量，[kg水／kg绝干物料]
XAV─两次记录之间的被干燥物料的平均含水量，[kg水／kg绝干物料]
U─干燥速率，[kg水／（s·m2）]
2.数据的计算举例
以表1所示的实验的第i和i＋1组数据为例
（1）公式:
被干燥物料的重量G:
，[g]
（1）
，[g]
（2）
被干燥物料的干基含水量X:
，[kg水／kg绝干物料]（3）
，[kg水／kg绝干物料]（4）
两次记录之间的平均含水量XAV
，[kg水／kg绝干物料]（5）
两次记录之间的平均干燥速率
，[kg水／（s·m2）]（6）
干燥曲线X─T曲线，用X、T数据进行标绘，见图二。
干燥速率曲线U─X曲线，用U、XAV数据进行标绘，见图三。
恒速阶段空气至物料表面的对流传热系数
，[Ｗ／（m2℃）]（7）
流量计处体积流量∨t[m3／h]用其回归式算出。
由流量公式[1]计算
其中，c0-孔板流量计孔流系数，c0=0.67
d0-孔板孔径，d0=0.017m
-空气入口温度（及流量计处温度）下的体积流量，m3/h；
-孔板两端压差，Kpa
-空气入口温度（及流量计处温度）下密度，Kg/m3。
干燥试样放置处的空气流量
，[m3／h]（9）
干燥试样放置处的空气流速
，[m／s]（10）
（2）数据:
以表1实验数据为例进行计算（见表1）
i＝1
i＋1＝2
GT，i＝152.6[g]
GT，i＋1＝151.4[g]
GD＝102.0[g]
由式
（1）
（2）得:
Gi＝50.6[g]，Gi＋1＝49.4[g]
GC＝24.1[g]
由式（3）（4）得:
Xi＝1.0996[kg水／kg绝干物料]
Xi＋1＝1.0498[kg水／kg绝干物料]
由式（5）得:
XAV＝1.0747[kg水／kg绝干物料]
S＝2×0.145×0.082=0.02378[m2]
Ti＝0[s]，Ti＋1＝180[s]
由式（6）得:
U＝2.803×10-4[kg水／（s·m2）]
第一套：
表1干燥实验装置实验原始及整理数据表
空气孔板流量计读数R：
1.18kPa流量计处的空气温度to：
30.4℃干球温度t：
60℃
湿球温度tW：
25.3℃框架重量GD：
102g绝干物料量GC：
24.1g
干燥面积S：
0.145×0.082×2=0.02378m2洞道截面积：
0.15×0.2=0.03m2
序号
累计时间
总重量
干基含水量
平均含水量
干燥速率
T（分）
GT（g）
X（kg/kg）
XAV（kg/kg）
U×104[kg/（s·m2）]
1
0
152.6
1.0996
1.0747
2.803
2
3
151.4
1.0498
1.0228
3.037
3
6
150.1
0.9959
0.9730
2.570
4
9
149.0
0.9502
0.9253
2.803
5
12
147.8
0.9004
0.8797
2.336
6
15
146.8
0.8589
0.8361
2.570
7
18
145.7
0.8133
0.7925
2.336
8
21
144.7
0.7718
0.7510
2.336
9
24
143.7
0.7303
0.7095
2.336
10
27
142.7
0.6888
0.6701
2.103
11
30
141.8
0.6515
0.6307
2.336
12
33
140.8
0.6100
0.5892
2.336
13
36
139.8
0.5685
0.5519
1.869
14
39
139.0
0.5353
0.5187
1.869
15
42
138.2
0.5021
0.4855
1.869
16
45
137.4
0.4689
0.4502
2.103
17
48
136.5
0.4315
0.4129
2.103
18
51
135.6
0.3942
0.3797
1.635
19
54
134.9
0.3651
0.3485
1.869
20
57
134.1
0.3320
0.3174
1.635
21
60
133.4
0.3029
0.2884
1.635
22
63
132.7
0.2739
0.2593
1.635
23
66
132.0
0.2448
0.2344
1.168
24
69
131.5
0.2241
0.2095
1.635
25
72
130.8
0.1950
0.1826
1.402
26
75
130.2
0.1701
0.1598
1.168
27
78
129.7
0.1494
0.1390
1.168
28
81
129.2
0.1286
0.1183
1.168
29
84
128.7
0.1079
0.0996
0.934
30
87
128.3
0.0913
0.0830
0.934
31
90
127.9
0.0747
0.0685
0.701
32
93
127.6
0.0622
0.0560
0.701
33
96
127.3
0.0498
0.0456
0.467
34
99
127.1
0.0415
0.0373
0.467
35
102
126.9
0.0332
0.0311
0.234
36
105
126.8
0.0290
0.0145
图二干燥曲线
图三干燥速率曲线
第二套：
表2干燥实验装置实验原始及整理数据表
空气孔板流量计读数R：
1.0kPa流量计处的空气温度to：
29.8℃干球温度t：
60℃
湿球温度tW：
25.4℃框架重量GD：
103.9g绝干物料量GC：
20.2g
干燥面积S：
0.145×0.082×2=0.02378m2洞道截面积：
0.15×0.2=0.03m2
序号
累计时间
总重量
干基含水量
平均含水量
干燥速率
T（分）
GT（g）
X（kg/kg）
XAV（kg/kg）
U×104[kg/（s·m2）]
1
0
152.0
1.3812
1.3515
2.803
2
3
150.8
1.3218
1.2847
3.504
3
6
149.3
1.2475
1.2153
3.037
4
9
148.0
1.1832
1.1510
3.037
5
12
146.7
1.1188
1.0866
3.037
6
15
145.4
1.0545
1.0198
3.271
7
18
144.0
0.9851
0.9530
3.037
8
21
142.7
0.9208
0.8861
3.271
9
24
141.3
0.8515
0.8218
2.803
10
27
140.1
0.7921
0.7624
2.803
11
30
138.9
0.7327
0.7030
2.803
12
33
137.7
0.6733
0.6460
2.570
13
36
136.6
0.6188
0.5916
2.570
14
39
135.5
0.5644
0.5421
2.103
15
42
134.6
0.5198
0.4926
2.570
16
45
133.5
0.4653
0.4431
2.103
17
48
132.6
0.4208
0.4010
1.869
18
51
131.8
0.3812
0.3564
2.336
19
54
130.8
0.3317
0.3144
1.635
20
57
130.1
0.2970
0.2797
1.635
21
60
129.4
0.2624
0.2426
1.869
22
63
128.6
0.2228
0.2104
1.168
23
66
128.1
0.1980
0.1807
1.635
24
69
127.4
0.1634
0.1485
1.402
25
72
126.8
0.1337
0.1238
0.934
26
75
126.4
0.1139
0.1040
0.934
27
78
126.0
0.0941
0.0792
1.402
28
81
125.4
0.0644
0.0569
0.701
29
84
125.1
0.0495
0.0446
0.467
30
87
124.9
0.0396
0.0322
0.701
31
90
124.6
0.0248
0.0198
0.467
32
93
124.4
0.0149
0.0124
0.234
33
96
124.3
0.0099
0.0050
-0.015
图四干燥曲线
图五干燥速率曲线
第三套：
表3干燥实验装置实验原始及整理数据表
空气孔板流量计读数R：
1.02kPa流量计处的空气温度to：
30.4℃干球温度t：
60℃
湿球温度tW：
25.3℃框架重量GD：
102.5g绝干物料量GC：
27.9g
干燥面积S：
0.15×0.082×2=0.0246m2洞道截面积：
0.15×0.2=0.03m2
序号
累计时间
总重量
干基含水量
平均含水量
干燥速率
T（分）
GT（g）
X（kg/kg）
XAV（kg/kg）
U×104[kg/（s·m2）]
1
0
157.2
0.9570
0.9355
2.710
2
3
156.0
0.9140
0.8925
2.710
3
6
154.8
0.8710
0.8495
2.710
4
9
153.6
0.8280
0.8047
2.936
5
12
152.3
0.7814
0.7616
2.484
6
15
151.2
0.7419
0.7186
2.936
7
18
149.9
0.6953
0.6774
2.258
8
21
148.9
0.6595
0.6398
2.484
9
24
147.8
0.6201
0.5986
2.710
10
27
146.6
0.5771
0.5591
2.258
11
30
145.6
0.5412
0.5233
2.258
12
33
144.6
0.5054
0.4928
1.581
13
36
143.9
0.4803
0.4642
2.033
14
39
143.0
0.4480
0.4319
2.033
15
42
142.1
0.4158
0.4014
1.807
16
45
141.3
0.3871
0.3728
1.807
17
48
140.5
0.3584
0.3423
2.033
18
51
139.6
0.3262
0.3154
1.355
19
54
139.0
0.3047
0.2939
1.355
20
57
138.4
0.2832
0.2706
1.581
21
60
137.7
0.2581
0.2473
1.355
22
63
137.1
0.2366
0.2240
1.581
23
66
136.4
0.2115
0.1989
1.581
24
69
135.7
0.1864
0.1774
1.129
25
72
135.2
0.1685
0.1595
1.129
26
75
134.7
0.1505
0.1398
1.355
27
78
134.1
0.1290
0.1219
0.903
28
81
133.7
0.1147
0.1057
1.129
29
84
133.2
0.0968
0.0878
1.129
30
87
132.7
0.0789
0.0717
0.903
31
90
132.3
0.0645
0.0591
0.678
32
93
132.0
0.0538
0.0484
0.678
33
96
131.7
0.0430
0.0376
0.678
34
99
131.4
0.0323
0.0269
0.678
35
102
131.1
0.0215
0.0179
0.452
36
105
130.9
0.0143
0.0090
0.678
37
108
130.6
0.0036
0.0018
0.226
38
111
130.5
0.0000
0.0000
0.000
图六干燥曲线
图七干燥速率曲线
第四套：
表4干燥实验装置实验原始及整理数据表
空气孔板流量计读数R：
1.12kPa流量计处的空气温度to：
30.4℃干球温度t：
60℃
湿球温度tW：
25.3℃框架重量GD：
100.2g绝干物料量GC：
24.1g
干燥面积S：
0.15.5×0.082×2=0.02378m2洞道截面积：
0.15×0.2=0.03m2
序号
累计时间
总重量
干基含水量
平均含水量
干燥速率
T（分）
GT（g）
X（kg/kg）
XAV（kg/kg）
U×104[kg/（s·m2）]
1
0
161.0
1.5228
1.5000
2.404
2
3
159.9
1.4772
1.4544
2.404
3
6
158.8
1.4315
1.4066
2.623
4
9
157.6
1.3817
1.3589
2.404
5
12
156.5
1.3361
1.3133
2.404
6
15
155.4
1.2905
1.2656
2.623
7
18
154.2
1.2407
1.2178
2.404
8
21
153.1
1.1950
1.1701
2.623
9
24
151.9
1.1452
1.1245
2.186
10
27
150.9
1.1037
1.0809
2.404
11
30
149.8
1.0581
1.0353
2.404
12
33
148.7
1.0124
0.9896
2.404
13
36
147.6
0.9668
0.9461
2.186
14
39
146.6
0.9253
0.9046
2.186
15
42
145.6
0.8838
0.8651
1.967
16
45
144.7
0.8465
0.8257
2.186
17
48
143.7
0.8050
0.7842
2.186
18
51
142.7
0.7635
0.7448
1.967
19
54
141.8
0.7261
0.6867
4.152
20
57
139.9
0.6473
0.6286
1.967
21
60
139.0
0.6100
0.5934
1.748
22
63
138.2
0.5768
0.5602
1.748
23
66
137.4
0.5436
0.5290
1.530
24
69
136.7
0.5145
0.4959
1.967
25
72
135.8
0.4772
0.4627
1.530
26
75
135.1
0.4481
0.4336
1.530
27
78
134.4
0.4191
0.4025
1.748
28
81
133.6
0.3859
0.3714
1.530
29
84
132.9
0.3568
0.3423
1.530
30
87
132.2
0.3278
0.3133
1.530
31
90
131.5
0.2988
0.2842
1.530
32
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