建环实验指导书汇总77.docx
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建环实验指导书汇总77
建筑环境与设备工程专业
实验指导书与习题集
陈婧、唐建峰、朱静、陈振瑜、张树文、李自力、刘杨等编写
唐建峰、李玉星、张足斌、张炘等审核
中国石油大学（华东）
储运与建筑工程学院燃气工程系
2011年9月
中国石油大学
燃气实验室安全管理规定
一、实验室防火安全
1.以防为主，杜绝火灾隐患。
了解各类有关易燃易爆物品知识及消防知识。
遵守各种防火规则。
2.在实验室内、过道等处，须经常备有适宜的灭火材料，如消防砂、石棉布、毯子及各类灭火器等。
消防砂要保持干燥。
3.电线及电器设备起火时，必须先切断总电源开头，再用四氯化碳灭火器灭熄，并及时通知供电部门。
不许用水或泡沫灭火器来扑灭燃烧的电线电器。
4.人员衣服着火时，立即用毯子之类物品蒙盖在着火者身上灭火，必要时也可用水扑灭。
但不宜慌张跑动，避免使气流流向燃烧的衣服，使火焰增大。
5.加热试样或实验过程中小范围起火时，应立即用湿石棉布或湿抹布扑灭明火，并拔去电源插头，关闭总电闸、煤气阀。
易燃液体的固体（多为有机物）着火时，切不可用水去浇。
范围较大的火情，应立即用消防砂、泡沫灭火器或干粉灭火器来扑灭。
精密仪器起火，应采用四氯化碳灭火器。
实验室起火，不宜用水扑救。
6.个别实验有特殊防火要求时，遵守该实验的特殊规定。
其他注意事项
1．实验台上的玻璃器皿须轻拿轻放，用完后稳放在实验台里侧，以防坠落。
2．燃烧火焰的温度很高，切勿用手或身体接触火焰及有关器件。
3．燃烧完后的喷嘴口、炉子等的温度仍很高，勿碰触，以防烫伤。
第一部分实验指导书
实验一燃气相对密度测定
定义：
燃气的相对密度是指一定体积干燃气的质量与同温度、同压力下同体积干空气的质量比值，亦称密度之比，无量纲，符号为d。
一、实验目的
利用喷流法测定燃气相对密度。
二、基本原理
在相同的温度、压力条件下，具有相等体积的不同种类的气体，流过相同固定锐孔所需的时间与气体密度的平方成正比。
当压力很小（气体的压缩性可忽略不计时），气体从锐孔排出的速度W1（m/s）可用下式计算：
（1）
式中：
H——使被测气体排出的压力；g——重力加速度；
r——气体的比重；μ——流速系数。
在时间τ内从锐孔流出的气体量（m3）：
（2）
图1-1西格林气体相对密度计
（图中两条刻度线间距h=0.172m）
式中：
f——气体流经锐孔的面积；
τ——流出V体积所用时间。
在H压力作用下，一定量空气体积V从锐孔排出时所需时间τ1；在同一压力H作用下，同样体积V燃气，从图1-1锐孔排出时所用时间τ2，有下列关系式成立：
（3）
三、实验仪器
西格林气体相对密度计，其结构如图1-1。
气体相对密度计应用纯度达99.99%的氢与氮进行检验，测出数据与公称相对密度值的相对差值应小于下列数值：
纯气公称相对密度允许偏差
氢气0.06953%
氮气0.9672%
温度计0～50℃分度值0.1℃
秒表：
分度值0.1s。
图1-2三通旋塞剖面图
实验过程中需重点注意的是三通旋塞的调节，它直接关系到实验数据的准确性。
三通旋塞调节示意图如图1-2所示。
通过图1-2-1可以看出将三通旋塞调节成此状态即实现测量管与放散阀及大气都相通，调至图1-2-2所示状态即为测量管只与大气连接，调至图1-2-3所示状态即为测量管只与放散阀相通，调至图1-2-4所示状态表明测量管与放散阀和大气都不相通，即处于关闭状态。
四、操作步骤
1.开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成人员伤害。
2.在清洁、明亮并没有辐射源影响的测试环境中，将仪器垂直摆正调平，并向外筒中注入必要数量的水，水温与室温相差不超过0.5℃。
3.由空气阀将空气注入测量管使内筒的水位降至下部刻度线以下位置，关闭空气阀（图1-2-4）。
经5分钟后，水平位置不动，确认仪器不漏气时，即可进行测试。
（如果没有空气瓶，可采用提起内筒注入空气的方式充入空气。
）
4.打开旋塞吹洗（图1-2-1），放出空气后再注入空气，重复3～5次，至确认仪器内充满符合室温并基本达到水蒸气饱和的纯空气时为止（按图1-2-4，静置3分钟）。
5.打开旋塞（图1-2-2），使空气自放散阀锐孔流出，记录水位从测量管标示的下线升至上线所需的时间。
6.再次注入空气，按步骤4重复两次，取其平均值作为τ1。
当三次记录的差值与平均值的相对差值大于1%时，应重测。
7.将燃气通过燃气阀注入仪器，并按步骤4、5求得燃气流过锐孔的时间，重复两次以上，取其平均值作为τ2。
五、实验记录及计算结果
1.实验记录：
姓名：
日期：
指导教师：
气体名称
排出时间[s]
第一次
第二次
第三次
平均值
空气τ1
燃气τ2
空气τ1
燃气τ2
2.湿燃气相对密度的计算：
式中：
τ1、τ2分别为空气、燃气流过锐孔的平均时间。
3.干燃气的相对密度的计算：
当测试用的燃气、空气均充分被水蒸气饱和时，干燃气的相对密度按下式计算：
式中：
d——干燃气的相对密度，
Pamb——测试环境的大气压力（Pa），
P1——测试温度下的饱和水蒸气压力（Pa），（根据水温查表得到）
P2——测试过程中被测气体的平均压力（Pa），
h——水位差高度（mm）。
当两次平行测试的结果相对差值
≤2%时，取其平均值
为测试结果。
六、思考题
为什么测试用的燃气、空气要充分被水蒸气饱和？
实验二湿式气体流量计校正
一、实验目的及要求
准确测量燃气流量具有十分重要的意义。
为保证测量的准确性，任何流量计在使用一段时间后，都需要进行调整或校正。
本实验利用标准量瓶检查湿式气体流量计读数是否正确，并求出湿式气体流量计的体积修正系数，以备测量燃气流量时使用。
要求掌握测试方法，并能熟练进行操作。
图2-1湿式流量计校正系统图
1-标准量瓶；2-湿式流量计；3-水杯；
4-支架；5-两通旋塞；6-三通旋塞
二、校正方法
通常利用一个标准的量瓶来进行湿式气体流量计的校正。
标准量瓶的容积，在其刻度Ⅰ~Ⅱ之间正好为1升。
将该容积内的气体通入湿式气体流量计，若流量计的指针亦转1升，则流量计读数正确；否则应对流量计进行调整或校正。
校正步骤如下：
1.开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成人员伤害；
2.按要求调整好湿式气体流量计（将湿式气体流量计灌入适量水，并调水平）。
3.参照图2-1，将标准量瓶、水杯与湿式气体流量计连接起来，并在水杯中加入一定量的水。
4.打开旋塞5，旋转旋塞6，使标准量瓶内空气通入流量计内，当流量计指针正好指到整数值时，旋转旋塞6使标准量瓶内空气与大气相通。
5.放低水杯位置，使水面下降；当水面下降到刻度Ⅱ时，关闭旋塞5，使水面停止在刻度Ⅱ上。
将水杯放回支架4的上面。
6.旋转旋塞6，使标准量瓶内的空气与流量计相通，打开旋塞5后，瓶内空气再次流入流量计中。
当水面上升至刻度Ⅰ时，关闭旋塞5。
读取流量计读数，填入记录表内。
7.重复上述步骤3、4、5，读取流量计读数，填入记录表内。
直至流量计指针转过1整圈。
如果发现流量计的读数总是低于（或高于）标准量瓶的体积，则说明湿式气体流量计内水位较低（或较高），可通过加水（或减水）进行调节。
如果发现流量计的读数时而低于标准量瓶的体积，时而高于标准量瓶的体积，则说明叶轮不均匀。
此时应求出校正系数，并画出校正曲线，以备测量时使用。
三、实验记录及计算
姓名：
日期：
指导教师：
次
数
流量计读数（L）
流过流量计的体积（L）
V=V2-V1
校正系数
f=V/V0（V0=1）
起始值V1
终了值V2
1
2
3
4
5
实验三煤气表校正实验
一、实验目的
1、利用标准流量计标定煤气表读数（或其他气体流量计读数）是否正确。
2、测定气体流量计的体积修正系数，掌握测试方法，熟练进行操作。
二、实验装置及原理
标准流量计法是用精度高一等级的标准流量计与被校验流量计串联的校验装置，让流体同时流过标准表和被校表，比较两者的示值以达到校验或标定的目的。
图3-1燃气表流量校正系统图
1、文丘里流量计；2、差压计A；3、差压计B；5、差压计C；4、煤气表；6、巡检仪；7、鼓风机；8、空气旁通阀门；箭头表示空气的流动方向。
试验装置系统，如图A1所示。
利用标准流量计，测出瞬时流量和累计流量及温度、压力，计算至标准状态作为标准值V0（m³/h）。
气体流进被校流量计，得到被校表的测量值，计算至标准状态作为标准状态下的被校表测量值Vc0。
即可求出被校表的体积修正系数。
在使用中，只要用体积修正系数乘被校表的测量值即可得准确的测量值。
三、实验步骤：
1、开启电源，逐渐关小阀门8，使用蘸有肥皂泡沫的海绵检查各个接口处的密闭性，应该确保不漏气，保证实验系统处于最小误差。
2、记录室内温度t。
3、将图（3-1）中阀门8开到最大开度，待U形压力计示数稳定后，分别记录U形压力计A、B、C的示数，并且记录一定时间（约两分钟）段内煤气表的表盘示数。
4、调节阀门8，改变文丘里喷嘴流量计两端差压，待稳定后记录数据。
5、重复步骤（4）4次，读取数据，填入记录表格。
6、测试完毕后关闭电源。
四、数据记录及整理：
1、文丘里流量计与压差的关系为：
式中，Q为气体质量流量，Kg/s；ρ为气体的密度，Kg/m³；Δh为文丘里流量计测量差压,cm。
根据以上式子，计算得到标准表的流量值。
2、密度公式：
式中，P为气体的绝对压力，Pa,
；R为空气的气体常数，J/K/mol；由此则可以得出流入煤气表和文丘里流量计的空气的密度。
3、修正系数
由于流过校正表和标准表的气体的状态不同，所以要都换算到标准的状况下的流量，换算的系数，称为修正系数f。
式中，f为修正系数；Pa为大气压力，Pa；Pg为气体的相对压力，Pa；Ps为t温度下饱和蒸汽压，Pa，t为气体的温度。
4、标准流量：
式中，
、
分别为标准表和被校表的修正系数。
、
为标准表和被校验表所测流量在标准状态下的流量值。
5、根据标准表的标准状态流量值与被校验表的标准状态下的流量值可以得到被校验表的流量修正系数F
因此，校验后使用煤气表测量气体流量就可以直接用测量的流量与修正系数相乘即可:
式中，F校验表的流量修正系数；
为煤气表测量流量；
为实际气体流量。
6、测量值相对偏差：
绝对误差：
相对误差：
附表1
姓名：
日期：
指导教师：
环境压力：
环境温度：
编号
煤气表测量体积/m³
时间
/s
煤气表表压
/cm水柱
文丘里表压
/cm水柱
文丘里差压
/cm水柱
起始值v1
终了值v2
1
2
3
4
5
6
附表2
煤气表校正实验数据处理
编号
文丘里测气体密度/kg/m³
煤气表测量密度Kg/m³
文丘里修正系数f1
煤气表修正系数f2
煤气表流量kg/s
文丘里测量质量流量kg/s
校正系数
误差%
1
2
3
4
5
6
实验四燃气热值测定
一、实验目的及要求
燃气主要用于燃烧加热，因此燃气热值是燃气工程中非常重要的参数。
国家有关部门规定城市燃气的热值不得低于14654kJ/Nm3，因此在燃气生产、供应及应用过程中，需要经常测定燃气热值。
测定燃气热值方法有多种，本实验采用水流式热量计测定燃气热值。
要求了解水流式热量计的基本构造及工作原理，掌握水流式热量计的正确操作方法，学会分析影响其测量精度的因素。
二、基本原理
在水流式热量计中，用连续流过热量计的水吸收燃气完全燃烧时产生的热量，水吸收热量后温度升高。
在稳定工况时，测出相同时间内燃气用量、流过热量计的水量及进、出口水温，即可计算出燃气的高位热值。
在测试过程中，还应测出烟气中水蒸气冷凝产生的凝水量，计算出燃气的低位热值。
本实验装置适用于采用水流式手动热量计测定城市燃气中人工燃气和天然气的热值。
三、仪器设备及测试系统
（一）仪器设备
1.水流式热量计（容克式）；
2.湿式气体流量计：
测燃气量，分度值≤0.02L；
3.水银温度计：
测水温度，量程0～50℃，分度值≤0.1℃；其他温度计，量程为0～50℃，分度值≤0.5℃。
4.空气加湿器、燃气加湿器；
5.电子天平（或天平）：
称量水重，最大负荷10kg、分度值≤5g；
6.大气压力计：
分度值必须≤10Pa；
7.盛水器：
容积5～10L；
8.凝水量筒：
容量20ml、分度值≤0.5ml；
9.燃气压力计：
分度值≤1mm；
10.秒表：
分度值必须≤0.1s；
11.水箱：
容积≥300L；
12.校正湿式气体流量计的标准容量瓶，其容量应与流量计指针转一周读数相等；
（二）测试系统
图4-1水流式热量计测试系统
1-燃气初次调压器；2-燃气湿润器；3-湿式气体流量计；4-燃气温度计；5-燃气压力计；
6-燃气稳压器；7-空气湿润器；8-热量计本体；9-水桶；10-秤；11-凝水量筒；
12-自来水入口；13-溢流管；14-恒压水箱；15-热量计进、出水温度计
测试系统见图4-1。
燃气经过压力调节器调整到额定压力，经燃气加湿器进行加湿，在通过湿式气体流量计时，测量燃气压力、温度、流量，然后进入本生灯与空气进行混合后燃烧。
烟气与热量计中水进行热交换，降温后排出。
水从自来水管进入水箱，稳压后流入热量计的恒位水箱，再通过进水调节阀调整水量后，进入热量计内，多余水经溢流管流入下水道。
进入热量计的水与燃气燃烧产生的烟气进行热交换后，流入盛容器（在测试准备阶段流入下水道）。
空气经过空气加湿器进行加湿，相对湿度控制在80±5%。
相对湿度通过加湿器上的干、湿球温度计测量（查附表一），通过加湿器上的调节阀门进行调节。
加湿后的空气进入本生灯，与燃气进行燃烧。
四、操作步骤
1、准备
（1）开启排风扇，保持室内通风，防止燃气泄漏造成对人员的危害；
（2）用标准量瓶校正湿式气体流量计得出流量计校正系数f1（参见本实验指导书的实验二）。
湿式气体流量计中的水温与室温相差应不大于0.5℃。
（3）根据所测燃气的大致热值范围选择适当的本生灯喷嘴，其尺寸可参考下列数据：
高位热值（MJ/Nm3）喷嘴直径（mm）
12.6～16.72.5
16.7～37.72.0
37.7～46.01.5
46.0～62.81.0
（4）安装水流式热量计测试系统：
安装热量计、湿式气体流量计、温度计等。
（5）打开进水阀门，向热量计内注水。
此时热量计的出水口切换阀应指向排水口。
进入热量计的水温应低于室温1.2~2.5℃，每次测试的进水温度波动必须小于0.1℃。
（6）调节空气加湿器，使空气的相对湿度为80±5%。
（7）检查燃气系统的气密性。
要求在工作压力下，5分钟压力不下降。
（8）排除燃气系统内的空气，点燃本生灯，调节燃气压力达到规定值，调节风板使火焰具有清晰的内焰并且稳定燃烧。
（9）将点燃的本生灯装入热量计内，确保本生灯稳定放在热量计的规定位置上。
（10）调节进水调节阀，使热量计的出、进口水温差为8~12℃。
（11）调节烟气阀门，使排烟温度与室内温度相差0～0.2℃，以免烟气带走热量。
（12）运行30分钟后，待进出口水温稳定后（一般要求变化不超过0.5℃），并且冷凝水均匀滴出后，方可进行测定。
2、测定
（1）测出盛水器净重，要求读到克。
（2）当湿式气体流量计指针指零时，记录该值V1’（填入附表4-1中），并将凝水量筒放在热量计的凝水出口下，开始进行测定。
（3）当湿式气体流量计指针指向某预定值V1时，迅速旋转热量计的出水切换阀，使水流入盛水器内，读取进水温度（精确到0.01℃）。
以后，每当湿式气体流量计转过一定体积后（如0.5L），交替地读取进、出口水温度（精确到0.01℃），要求读出并记录10次以上进出口水温（t1和t2）。
（4）测定过程持续一定时间后（如燃气用量为10L），迅速将出水切换阀转回测定前位置，记录燃气用量V2。
（5）称量流过热量计的水量W。
（6）重复上述3~5项操作步骤，进行第二次测定，并记录下相应的W、V及t1、t2。
（7）当湿式气体流量计指针指向某预定终了值V2’时，迅速取出凝水量筒。
记录下燃气用量V’及凝水量w。
（8）关闭燃气，最后关闭进水阀门，结束测定。
（9）在测试过程中应测以下参数：
大气压力读到134Pa
环境温度读到0.5℃
气体流量计上压力读到10Pa
气体流量计上的温度读到0.5℃
排烟温度读到0.5℃
五、结果计算
1、体积修正系数计算
燃气体积换算为标准状态下的体积的换算系数为：
式中：
F——燃气体积修正系数；
Pa——大气压力（Pa）；
Pg——气体压力（Pa）；
Ps——tg温度下的饱和蒸汽压（Pa），查附表二；
tg——燃气温度（℃）；
f1——流量计校正系数。
2、燃气高位热值计算：
式中：
QGW——燃气高位热值（kJ/Nm3）；
W——水量（g）；
c——水的比热（4.1868kJ/kg℃）；
t1、t2——平均进出口水温（℃）；
V——燃气用量（L）；
f2——热量计修正系数。
两次测定燃气高位热值的平均值为：
当差值超过1%时，应重新测定。
3、燃气低位热值计算：
式中：
QDW——燃气的低位热值，kJ/m3；
w——冷凝水量，g；
q——冷凝水汽化潜热，2.512kJ/g；
V’——与w对应的燃气用量，L。
六、思考题
1、影响燃气热值测定准确性的主要因素是什么？
2、为什么冷凝水滴出后方可开始测定？
3、为什么要将燃气和空气都加水饱和？
附表4-1城市燃气热值测试记录表
测试日期：
年月日测试人员：
燃气种类
大气压力（Pa）
室内温度（℃）
燃气温度（℃）
燃气压力（Pa）
排烟温度（℃）
干球温度（℃）
湿球温度（℃）
相对湿度（%）
流量计校正系数f1
热量计修正系数f2
体积修整系数F
流量计示值V1’（L）
流量计示值V2’（L）
燃气用量V’（L）
凝水量筒重（g）
凝水加量筒重（g）
凝水重w（g）
第一组测试
第二组测试
燃气示值V1（L）
燃气示值V2（L）
盛水器净重（g）
盛水器加水重（g）
水重W（g）
序号
进口水温t1
出口水温t2
进口水温t1
出口水温t2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值
平均温差t2-t1（℃）
燃气高位热值QGW（kJ/m3）
高位热值平均值（kJ/m3）
燃气低位热值QDW（kJ/m3）
实验五长玻璃管中火焰传播演示
一、实验目的
观察火焰焰面在长玻璃管内静止的燃气-空气混合物中的传播情况，包括火焰焰面形状、焰面的运动速度，从而增强对火焰传播的认识。
利用该实验还可以观察火焰的稳定、回火、脱火、熄火等现象。
二、实验原理及实验装置
在静止的燃气-空气混合物中，火焰的热量不断地传给未燃的混合气体，使其温度上升而着火燃烧，焰面向可燃气体混合物方向运动。
图5-1火焰传播演示装置
1-长玻璃管；2-铜丝网；3-混合气体调节阀；4-混气装置；
5-燃气阀；6-燃气气源；7-空气阀；8-空气气源
实验装置见图5-1。
气源可以是液化石油气或其他可燃气体。
空气可由压缩机供给，也可以用风机。
在长玻璃管内放置铜丝网，其作用是防止回火。
三、实验方法及步骤
（一）实验准备，按要求连接好实验装置，向混合装置中灌适量水（以下部刻度线为准），打开排烟气系统。
（二）静止燃气-空气混合物中的火焰传播
先打开燃气阀，后打开空气阀少许，使混合气体充满玻璃管。
关闭阀门，然后在点火端点燃，观察火焰焰面及其传播情况。
（三）火焰的稳定、回火、脱火
先打开燃气阀，后打开空气阀少许，使混合气体充满玻璃管。
然后在点火端点燃，待管内出现火焰前峰停止点火，改变空气阀门大小调节一次空气系数，使火焰峰面清晰。
调节混合气调节阀门，以改变玻璃管中混合气的速度。
1.观察火焰稳定情况
调节混合气调节阀门，使气体速度W等于火焰传播速度μ（W=μ），则火焰基本上稳定在管内的某一位置，火焰稳定。
此时观察火焰前峰情况：
它的色泽同本生灯上的小火焰锥色泽相同，为蓝色，前峰面厚度极薄。
前峰面悬于管中不与管壁接触。
2.观察回火情况
调节混合气调节阀，降低气流速度W，使之小于火焰传播速度μ（W<μ），火焰前峰将以（μ-W）的相对速度向上游传播。
直至铜丝网处。
可以在火焰快到末端时打开末端的橡皮塞，能够听见“嘭”的爆炸声。
3.观察火焰吹熄情况（脱火）
调节混合气调节阀，加大混合气体流速W，使之大于火焰传播速度μ（W>μ），火焰前峰将以相对速度（W-μ）吹向下游，直到推出管口形成脱火最后被吹熄。
四、思考题
1.分析火焰前锋面倾斜且成球面状的原因？
2.若用此方法测出火焰传播速度，其数值与法向火焰传播速度有什么区别？
3.实验中燃气和空气的比例是多少？
怎么做才能观察到理想的实验现象？
实验六燃气法向火焰传播速度测定
一、实验目的及要求
火焰传播速度（又称燃烧速度）是燃气燃烧的重要特性之一。
它影响火焰的稳定性，是燃气燃烧器和燃烧设备设计的主要依据，也是判定燃气互换性的基本参数。
图6-1本生火焰
1-内焰；2-外焰
本实验采用本生火焰法测定燃气的法向火焰传播速度。
要求掌握测定原理、测定方法，了解测定的操作过程和所需的仪器设备。
二、基本原理
火焰前沿焰面沿其法线方向朝邻近未燃气体移动的速度称作法向火焰传播速度。
法向火焰传播速度仅与可燃混合气体的物理化学性质有关，决定法向火焰传播速度值的基本量有：
燃气成分、可燃混合气体的预热温度以及燃气与氧化剂混合浓度。
利用本生火焰法测定法向火焰
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