焦耳汤姆逊验证实验设计.docx

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焦耳汤姆逊验证实验设计

焦耳—汤姆逊验证实验

1实验目的

焦耳汤姆逊效应指的是气体经过节流过程，从高压到低压作不可逆绝热膨胀时温度发生变化的现象。

在常温下，许多气体在膨胀后温度降低，称为冷效应或正效应；温度升高时称为热效应或负效应。

本设计的主要目的是设计一套实验装置，针对氮气的焦汤系数的测定，考虑到实际工作条件的限制，本实验装置的测定参数范围为：

0-1.25MPa，20-400℃。

2实验装置

2.1实验系统的设计

本实验系统主要有以下几部分组成：

供气系统，包括气源以及供气气路；节流实验台；测量系统，包括压力、温度的测量；控制系统，包括由加热器两端的温差来调控冷却器中的冷却工质的循环。

图1给出了试验系统示意图。

图1试验系统示意图

图2氮气的热力过程曲线

图2氮气循环P-v图

2.2试验供气系统

2.2.1气源

气源的提供包括储气罐以及压缩机以及回收装置组成。

根据本实验要求，考虑到压缩气体的小时流量，设计本实验根据JB/T8867-2000选择的储气罐容积为2

，工作压力为1.25Mp，储气罐的材料为碳钢，所以该储气罐的型号为C—2/1.25。

储气罐的基本参数在表1中给出。

表1储气罐的基本参数

型号

公称容积

（mm）

工作压力

（Mp）

筒体内径

Di（mm）

筒体高度H

（mm）

流量范围m3/min

C-2/1.25

2

1.25

1000

2200

12-24

该压缩机能够提供5MPa的压力，同时，该系统还设计有氮气的回收系统可以使气体损失减到最小。

图1给出了系统的示意图中，经节流阀后的氮气，先进入集气箱，然后经冷却器恢复到加热器加热前的温度，进入压缩机升压，最后进入储气罐，这样就可以保证氮气的稳定循环流动。

2.2.2供气管路

压缩机与实验台之间的管路设有储气罐和旁路组成的压力调节系统，考虑到实验中气体一般处于高压状态，所以我们选择了铸铁作为管材管径为100mm。

通过调节旁路阀门可以调节工质气流进入试验台的压力与流量。

2.3实验段

实验段主要包括：

加热通道、节流通道两个部分。

工质进入实验段后，经热电阻的加热到一定温度时，后通过节流段进行节流过程，最后，工质从试验台出口后进行回收。

2.3.1加热通道

本实验要求测温范围为20-400℃，综合考虑到加热的充分性及温度调节的灵敏性，决定采用型号为QLF-9050A的电加热可调恒温箱。

该恒温箱控温范围为100-400℃，温度波动±1℃，采用自适应控温技术进行温度控制，设定温度后，仪表自行控制加热功率，并显示加热状态，控温精确且稳定。

若超温则启动报警装置并自动切断加热电源。

恒温箱由镀锌板构成，箱体内部与外壳间以玻璃纤维作保温层材料，减少了热量外传。

置于箱体内部壁面的镍铬合金电加热器对来流进行加热，内部设置的专用风机可以使气体受热均匀。

箱门具备大视角观察玻璃窗，便于用户观察。

2.3.2阀门

节流阀要能满足节范围大，流量一压差变化平滑，内、外泄漏量小，调节力矩小，动作灵敏等特点同时又要能够在一定的高温下工作，根据上述因素，选用L21W-40P型节流阀，该阀能够在4MPa的压力下工作，同时本实验还采用了电磁阀方便自动控制系统的调节。

2.4实台测量系统

根据实验台的结构以及试验的需要，实验数据采集包括4个测量系统：

压力测量系统、温度测量系统、流量测量系统。

2.4.1压力测量

在实验台进、出口布置总压探针，压力引压管引出，然后接入压力传感器进行测量。

总压探针布置位置在图给出

试验中所采用压力传感器为3051T型罗斯蒙特压力传感器。

罗斯蒙特压力变送器精度为0.075%，具有设计小巧、坚固而质轻，易于安装等优点。

该传感器在工作时高、低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传递给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。

传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流，电压或数字HART（高速可寻址远程发送器数据公路）输出信号。

2.4.2温度测量

本实验台在节流部分的进、出口布置了热电偶。

温度计采用镍铬—康铜热电偶，该热电偶的使用温度为-200~900℃。

灵敏度高，宜制成热电堆，测量微小的温度变化，还具有稳定性好，抗氧化性能优异，价格便宜，能用于氧化性和惰性气氛中的优点。

2.4.3流量测量

用电磁式流量计测量系统的流量，并用传感器将其转化为电信号。

2.4.4自动控制系统

本实验为保证p1、t1的恒定，可以采用冷却器来补偿加热器引起的气源温度的变化（Q吸=Q放），从加热器两侧测取温度信号，由加热器两侧的温差可计算出Q吸=c1q△t，为保证t1的恒定，即Q吸=Q放，可以算出冷却器中的循环的冷却剂的流量。

本实验采用电磁阀控制，自动控制系统根据压力传感器、热电偶和电磁流量计测得的数据通过A/D转换后输入到计算机，进行数据的采集、存储和分析。

通过系统流量、T2和P2以及压缩机进口的设定值计算出冷却剂流量，并输出数字信号，经过D/A转换器以及运算放大器来驱动冷却剂管道的电磁阀，从而确保了冷却器出口气体温度不变。

3实验步骤

1）检查各设备是否能正常工作。

2）给储气罐充气，直到两个储气罐中的压力都为1.25MP。

3）打开调压阀1，同时开启电加热器。

4）调整加热器电流，温度设置为T1=473K。

5）调整调节阀3（粗调）和调节阀1（微调）得到实验所需的初始压力。

6）调节P2，令其从0.1MPa开始，每次增加0.1MPa直到1.2MPa为止。

7）等待一段时间，使得参数达到稳定，测定T2的值。

8）将T1增加50K，直到673K为止，重复6-7。

9）变化调节阀3和调节阀1，使系统初压力以-0.1MPa的步长变化，直到0.1MPa。

10）重复6-8。

4数据整理

将测试得到的各组实验数据画在T-P坐标纸上，T为纵坐标，P为横坐标，描出实验曲线，连接各条曲线上斜率为0的点，得到转回曲线，压力等于零的线与转回曲线的上交点为最大转回温度，下交点为最小转回温度。

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　　18、好花盛开，就该尽先摘，慎莫待美景难再，否则一瞬间，它就要凋零萎谢，落在尘埃。

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　　19、养体开智以外，又以德育为重。

--康有为

　　20、无贵无贱，无长无少，道之所存，师之所存也。

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　　21、谁若是有一刹那的胆怯，也许就放走了幸运在这一刹那间对他伸出来的香饵。

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　　22、学贵得师，亦贵得友。

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　　23、故欲改革国家，必先改革个人；如何改革个人？

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--张伯苓

　　24、为学莫重于尊师。

--谭嗣同

　　25、愚蠢的行动，能使人陷于贫困；投合时机的行动，却能令人致富。

--克拉克

　　26、凡是教师缺乏爱的地方，无论品格还是智慧都不能充分地或自由地发展。

--罗素

　　27、不愿向小孩学习的人，不配做小孩的先生。

--陶行知

　　28、少年进步则国进步。

--梁启超

　　29、弱者坐失良机，强者制造时机，没有时机，这是弱者最好的供词。

--佚名

有关刻苦学习的格言

　　1、讷讷寡言者未必愚，喋喋利口者未必智。

　　2、勤奋不是嘴上说说而已，而是要实际行动。

　　3、灵感不过是“顽强的劳动而获得的奖赏”。

　　4、天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感。

　　5、勤奋和智慧是双胞胎，懒惰和愚蠢是亲兄弟。

　　6、学问渊博的人，懂了还要问；学问浅薄的人，不懂也不问。

　　7、人生在勤，不索何获。

　　8、学问勤中得。

学然后知不足。

　　9、勤奋者废寝忘食，懒惰人总没有时间。

　　10、勤奋的人是时间的主人，懒惰的人是时间的奴隶。

　　11、山不厌高，水不厌深。

骄傲是跌跤的前奏。

　　12、艺术的大道上荆棘丛生，这也是好事，常人望而却步，只有意志坚强的人例外。

　　13、成功＝艰苦劳动＋正确方法＋少说空话。

　　14、骄傲来自浅薄，狂妄出于无知。

骄傲是失败的开头，自满是智慧的尽头。

　　15、不听指点，多绕弯弯。

不懂装懂，永世饭桶。

　　16、言过其实，终无大用。

知识愈浅，自信愈深。

　　17、智慧源于勤奋，伟大出自平凡。

　　18、你想成为幸福的人吗？

但愿你首先学会吃得起苦。

　　19、自古以来学有建树的人，都离不开一个“苦”字。

　　20、天才绝不应鄙视勤奋。

　　21、试试并非受罪，问问并不吃亏。

善于发问的人，知识丰富。

　　22、智者千虑，必有一失；愚者千虑，必有一得。

　　23、不要心平气和，不要容你自己昏睡！

趁你还年轻，强壮、灵活，要永不疲倦地做好事。

　　24、说大话的人像爆竹，响一声就完了。

鉴难明，始能照物；衡唯平，始能权物。

　　25、贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。

　　26、刀钝石上磨，人笨人前学。

以人为师能进步。

　　27、宽阔的河平静，博学的人谦虚。

秀才不怕衣衫破，就怕肚子没有货。