实验指导书汇编96Word下载.docx
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P=P读+ΔP刻+ΔP温+ΔP补=770-0.1-0.45+0.6=770.05mmHg
2、空气相对湿度的测定
煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。
它们都由两支水银温度计组成,其中一支为干温度计(又叫干球)另一支水银球上包着纱布,叫做湿温度计(又叫湿球)(图1-3)
测定时,先将湿球上的纱布用清水蘸湿,用手摇温度计时,手摇摇把以每分钟150转的速度旋转1-2分钟,立即读出两支温度计的读数(读数时注意勿受人体体温的影响)湿球因其水蒸气吸热,它的示数低于干球,湿度愈高,蒸发吸热愈多,干湿球温差也愈大,根据干(或湿)温度计(t℃)及温差(Δt℃)由表2-2即可查出空气的相对湿度。
用风扇湿度计测定时,用仪器小风扇上的钥匙将发条上紧,风扇转动,使空气以一定速度(1.7-3.0m/s)流经干、湿温度计的水银球周围1-2分钟后,两支温度计示数稳定后即可读数。
三、实验内容
1、分别用水银气压计和空盒气压计测大气压P。
2、分别用手摇湿度计和风扇湿度计测空气的相对湿度,计算绝对湿度。
3、计算湿空气密度。
实验班级——姓名——实验时间——年——月——日
一、实验内容
1、分别用水银气压计和空盒气压计测大气压。
3、以水银气压计和风扇湿度计测定结果计算湿空气重率。
二、实验数据记录
1、大气压
水银气压计空盒气压计
读数P读=读值P读=
温度t=ΔPt=
校正值ΔPt=ΔP刻=
真实大气压Po=P读+ΔPtΔP补=
=真实大气压
Po=P读+ΔPt+ΔP刻+ΔP补
=
空气密度计算
按精密公式计算ρ=
按近似公式计算ρ=
三、思考题
1、湿度计测定相对湿度时,如干湿球温度差为零,此时相对湿度是多少?
2、湿空气和干空气相比,哪一个密度大?
3、分析空盒气压计测定大气压的误差来源。
1-气压计标尺;
2-玻璃罐封闭端;
1-水银表面;
2-指针;
3-玻璃罐;
3-温度计;
4-玻璃罐开口端4-螺钉;
5-水银池;
6-游标旋钮
图1-1
(1)定槽式水银气压计图1-1
(2)动槽式水银气压计
图1-2空盒气压计
图1-3
(1)风扇湿度计图1-3
(2)手摇湿度计
1-干球温度玻璃罐;
2-湿球温度玻璃罐;
1-干球温度玻璃罐;
3-湿球3-湿球
实验二煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)
1、实验目的
掌握煤中甲烷含量随压力的变化规律,通过瓦斯压力计算煤中甲烷的原始含量。
2测定原理
煤中大量的微孔内表面具有表面能,当气体与内表面接触时,分子的作用力使甲烷或其他多种气体分子在表面上发生浓集,称为吸附。
气体分子浓集的数量渐趋增多,为吸附过程;
气体分子复返回自由状态的气相中,表面上气体分子数量渐趋减少,为脱附过程。
表面上气体分子维持一定数量,吸附速率和脱附速率相等时,为吸附平衡。
煤对甲烷的吸附为物理吸附。
当吸附剂和吸附质特定时,吸附量与压力和温度呈函数关系,即
…………………………………
(1)
当温度恒定时:
……………………………………
(2)
式
(2)称为吸附等温线,在高压状态下符合郎格缪(Langmuir)方程:
………………………………(3)
式(3)变换后得一直线方程:
………………………………(4)
式中:
T——温度,℃;
P——压力,MPa;
X——p压力下吸附量,cm3/g;
a——吸附常数,当p→∞时,X=a,即为饱和吸附量,cm3/g;
b——为吸附常数,MPa-1。
3测定装置
3.1实验装置
实验装置结构如图1所示。
主要部件和规格如下:
1—玻璃活塞;
2—饱和食盐水量管;
3—真空管系;
4—放气阀;
5—真空抽气控制阀;
6—旋片式真空泵;
7—高压截止阀;
8—真空轨管;
9—吸附罐控制阀;
10—固态压力传感器;
11—吸附罐;
121一—电线;
13—复合真空计;
14—水浴;
15—高压空气阀;
16—充气罐控制阀;
17—铜管或软胶管;
18—超级恒温器;
19—充气罐;
20—多路信号调理器;
21—高压气源
图1实验装置示意图
a)吸附罐:
容积50cm3,工作压力8MPa,耐压16MPa;
b)高压截止阀:
工作压力16MPa,耐压25MPa。
密封处要求耐低压4MPa;
c)固态压力传感器:
测量范围为0~8MPa,精度为0.2%;
d)饱和食盐水量管:
容积500cm3,分度5cm3,带水准瓶;
e)充气罐:
容积为吸附罐的1.4倍,耐压16MPa;
f)水浴;
g)真空系统:
φ20mm~40mm玻璃管,带玻璃活塞及真空硅管;
h)高纯甲烷气:
压力15MPa,甲烷浓度不低于99%。
3.2辅助设备
a)复合真空计;
b)恒温器:
恒温和控温0~100℃±
1℃;
c)多路信号调理器:
压力传感器二次仪表;
d)动槽式气压计;
e)标准量管;
容积200cm3,分度0.5cm3;
f)球磨机;
g)干燥箱;
h)标准筛;
i)精密天秤,感量0.0001g。
4测定方法
高压容量法测定煤的甲烷吸附量的方法是:
将处理好的干燥煤样,装入吸附罐,真空脱气,测定吸附罐的剩余体积,向吸附罐中充入或放出一定体积甲烷,使吸附罐内压力达到平衡,部分气体被吸附,部分气体仍以游离状态处于剩余体积之中,已知充入(放出)的甲烷体积,扣除剩余体积的游离体积,即为吸附体积。
重复这样的测定,得到各压力段平衡压力与吸附体积量,连接起来即为吸附等温线。
当压力由低向高采取充入甲烷气体方式测试时,得到吸附等温线;
反之,压力由高向低采取放出甲烷气体方式测试时,得到解吸等温线。
吸附和解吸等温线在高压状态下是可逆的,测定二者之一,在应用上是等效的。
5测定步骤
5.1测定前准备工作
5.1.1煤样处理
a)采集煤层全厚样品(或分层),除去矸石,四分法缩分成1kg,标准采样要素,装袋,备用;
b)取送样的一半全部粉碎,通过0.17~0.25mm筛网,取0.17~0.25mm间的颗粒,称出100g,放入称量皿。
其余煤样分别按GB/T217、GB/T211、GB/T212测定水分(Mad)、灰分(Ad,Aad)、挥发分(Vdaf)和真密度TRD20等;
c)将盛煤样的称量皿放入干燥箱,恒温到100℃,保持1h取出;
放入干燥器内冷却;
d)称煤样和称量皿总质量G1,将煤样装满吸附罐,再称剩余煤样和称量皿质量G2,则吸附罐中的煤样质量G为:
…………………………………(5)
煤样可燃物质量Gr为:
……………………………(6)
………………………………(7)
Ad——干燥基灰分,%;
Aad——分析基灰分,%;
Mad——分析基水分,%。
5.1.2吸附罐体积测定
吸附罐体积(Vs)包括吸附罐体积和压力表、接头、阀门、连通管的通径体积之和。
校正方法是先将吸附罐连通真空系统,抽成压力为10Pa,关闭阀门,再接通标准量管。
读取量管初始液面高度值,打开阀门,空气进入吸附罐,量管液面上升,液面上升体积值即为吸附罐容积。
如此重复3次,取其平均值。
5.1.3充气罐体积测定
方法同6.1.2。
5.1.4吸附罐剩余体积测定
剩余体积(Vd)指吸附罐中除纯煤体积外包括煤颗粒内孔隙、颗粒间空隙、吸附罐残余空间和通径体积的总和。
剩余体积可通过真空充氦方法标定,在没有氦气的情况下,按式(8)进行计算:
………………………………(8)
……………………………(9)
Vs——空罐体积,cm3;
Vc——纯煤体积,cm3;
TRD20——样品相对真密度,g/cm3。
5.2吸附等温线测定
5.2.1打开罐阀和真空抽气阀,关闭高压充气阀和放气阀。
设定水浴温度为60℃±
1℃,开启真空泵,进行长时间脱气,直到真空计显示压力为4Pa时,关闭真空抽气阀和各罐阀。
5.2.2设定水浴温度为试验温度(30℃±
1℃)。
5.2.3打开高压充气阀和充气罐控制阀,使高压钢瓶甲烷气进入充气罐及连通管,关闭充气罐控制阀,读出充气罐压力值P1i。
5.2.4读出Pli后,缓慢打开罐阀门,使充气罐中甲烷气进入吸附罐,待罐内压力达到设定压力时(一般在0~6MPa试验压力范围内设定测,n=7个压力间隔点数,每点约为最高压力的1/n),立即关闭罐阀门,读出充气罐压力P2i、室温t1。
按式(10)计算充入吸附罐内的甲烷量Qci。
…………………(10)
当使用压缩度K时式(10)为:
………………………………(11)
Qci——充入吸附罐的甲烷标准体积,cm3;
P1i、P2i——分别为充气前后充气罐内绝对压力(下同),MPa;
Z1i、Z2i,K1i、K2i——分别为P1、P2压力下及t1时甲烷的压缩系数及压缩度,1/MPa,见标准的附录A、附录B;
t1——室内温度,℃;
Vo——充气罐及连通管标准体积,cm3。
5.2.5保持7h,使煤样充分吸附,压力达到平衡,读出平衡压力Pi,并计算出吸附罐内剩余体积的游离甲烷量Qdi,煤样吸附甲烷量△Q以及每克煤可燃物吸附甲烷量Xi。
…………………………(12)
当使用压缩度K时则式(12)改为:
…………………………………………(13)
充入吸附罐的甲烷量扣除吸附罐内剩余体积放出的游离甲烷量即为压力段内煤样吸附甲烷量△Qi:
………………………………………………(14)
每克煤压力段内的吸附量为:
…………………………………………………(15)
Vd——吸附罐内除煤实体外的全部剩余体积,cm3;
t3——试验温度,℃;
Gr——煤样品可燃物质量,80
5.2.6依次重复6.2.3、6.2.4、6.2.5步骤,逐次增高试验压力,可测得,2个Qci、Qdi、△Qi及Xi值。
由于充气罐向吸附罐充气为逐次充入的单值量,而充入吸附罐的总气量是各单值量的累计量,故逐次按式(14)计算时,充入吸附罐的总气量Qci应是:
………………………………(16)
同时,随试验压力的增高达0.5MPa以上后,吸附平衡时间应改为4h。
5.2.7按逐次测得的Pi及Xi作图,即为郎格缪吸附等温线,并代入式(4)用最小二乘法求得直线的斜率S(1/a)和截距I(1/ab),则吸附常数为:
………………………………(17)
………………………………(18)
5.3解吸等温线测定
5.3.1测定按6.2.6的最大平衡压力P1i开始,打开放气阀,关闭高压充气阀,使连通管形成常压。
用水准瓶将饱和食盐水量管充满食盐水,徐徐打开吸附罐阀门,放出一部分甲烷气进入量管(放出气量仍按最高压力的1/n来控制),关闭罐阀,读出室内大气压Pc,室温t1及量管中甲烷气体积,按式(19)计算放出甲烷气的标准体积。
………………………………(19)
Qci——放出甲烷气的标准体积,cm3;
VL——计量管读出的气体体积,cm3;
Po——室内大气压力,kPa;
0.02t1——动槽式压力计随室温t1变化的汞膨胀性的压力校正值,kPa;
Wp——食盐水的饱和蒸气压,kPa,附录C。
5.3.2吸附罐在水浴中保持4h,使吸附罐内甲烷气达到吸附平衡,读出Pi2,按式20计算出该压力段罐内剩余体积的游离甲烷量Qdi。
……………………(20)
当采用压缩度K进行校正时,则式(20)为:
……………………………………(21)
该压力段内,放出的甲烷量扣除剩余体积中甲烷压力减少的游离甲烷,得到对应压力段下的解吸量:
………………………………………………………(22)
每克煤压力段内的解吸量为:
……………………………………………………………(23)
5.3.3依次重复6.3.1、6.3.2步骤,逐次放出甲烷气和降低试验压力,可测得n-1个Qci,Qdi、△Qi及Xi值。
5.3.4当测至第n点时(最后一点),由于6.2.3测定吸附等温线的第1个平衡压力Pl不能与测定解吸等温线的第n个点的平衡压力完全重合,且第n个点测定时吸附罐中的甲烷气不可能全部放出,直到达到4Pa,故需采取插入法进行补偿,按吸附第1个平衡压力P1、吸附量△Q1及解吸等温线第n个平衡压力Pn求出该压力下的吸附量△Qn,同时使P1与Pn重合,即:
……………………………………………………(24)
………………………………………………………(25)
5.3.5由于6.2测定中为逐次向吸附罐充入气体,已按式(16)进行累加,直接取得各平衡压力Pi下对应的累计吸附量△Qi或Xi,此为吸附等温线;
而解吸等温线测定时是逐次放出气体,所取得的为各压力段的吸附量△Qi或Xi,故需按下式进行累加,才能取得各平衡压力下对应的累计吸附量,此为解吸等温线:
△Qi=∑Qi…………………………(26)
…………………………(27)
5.3.6按6.2.7绘制解吸等温线和求出a、b吸附常数。
6精密度
6.1压力值取2位有效数字,吸附量及郎格缪常数取4位有效数字。
6.2测定吸附或解吸等温线方程相关性以大于0.99以上,实验与计算累计偏差以小于1.5cm3/g为合格。
7结果表述
报告中给出Pi及Xi数据、吸附或解吸等温线及吸附常数。
报告格式见附表。
附表试验结果格式
试验编号:
罐号:
罐体积Vs=cm3,压力表号:
校正日期:
煤可燃质重量:
Gr=g,真密度TRD=g/cm3,纯煤体积Vc′=G′/TRD,cm3,死空间体积Vd=cm3
充气瓶体积:
V0=cm3,试验温度:
t3=℃,Mad=%,Aad=%,Ad=%,Vdaf=%
充气前充气罐压力P1
MPa
充气后充气罐压力P2
大气压力P0
kPa
室温
吸附罐平衡压力Pi
Qc
cm3
∑Qc
解吸气体量
Qd
Qi
Xi
压力
绝对压力
K
压力读数
校正压力
高压容量吸附解吸试验报告
试样编号
送样日期
采样地点
局矿矿井
煤层
煤种
煤样重量
G=g
可燃质重量
Gr=g
视密度
TCD=g/cm3
真密度
TRD=g/cm3
煤质分析
Mad=%,Aad=%,Ad=%,Adaf=%
气体分析
CH4=%
孔隙率
%R0=%
吸附/解吸等温图:
测定结果
序号
压力P
吸附气体量,cm3/g
吸附量X
cm3/g
△Qi
Xi或△Xi
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
12
13
14
吸附常数:
a=
b=
r=
试验员:
_______________审核:
_______________
报告提出日期:
年月日
窗体顶端
窗体底端
实验三通风阻力、风阻、阻力系数测定
1、掌握巷道通风阻力的测定方法;
2、掌握风阻(R),摩擦阻力系数(α)和局部阻力系数(ζ)的测定方法。
加深理解能量方程;
3、掌握测压仪表的使用方法。
二、实验设备及仪器
通风管网(图3—1),单管压差计,皮托管,空盒气压计,干湿球温度计,胶皮管,小钢尺。
三、实验内容及方法
1、通风阻力测定
如图3—1所示通风管网中,巷道1—2段通风阻力按如下公式计算
hR12=(p1-p2)+(hv1-hv2)+Z12ρm12g
式中p1、p2—1、2段面的风流静压,pa
hv1、hv2—1、2断面动压,pa
z12—1、2断面标高差,m
ρm12—1、2断面风流平均密度,㎏/m3
g—重力加速度,m/s2
由于风网模型水平放置,各断面之间高差为零,故上式第三项为零。
故上式可改写为
hR12=P1-P2+(hv1-hv2)
实验时,用皮托管,压差计测1、2断面的静压差和1、2断面的动压。
2、摩擦风阻(Rf)和摩擦阻力系数(α)测定
hr=RfQ2=α测LUQ2/S3
式中hf—摩擦阻力,Pa
Rf—摩擦风阻,kg/m7
Q—通风风量,m3/s
L—测点间的距离,m
S—风道的净断面积,m2
U—风道的周长,m
α测--摩擦阻力系数g/m3
由此可知,只要测出一段风道的摩擦阻力(hr)和风量就可以求出这段风道的摩擦风阻(Rf)。
如果同时测量出这段风道的长度,净断面积和周长,就可以求出它的测定时的摩擦阻力系数(α测),再按下式换算为标准状态下(ρ=1.2kg/m3)的摩擦阻力系数(α):
α=1.2α测/ρ测
式中ρ测—测定时的空气密度,kg/m3
测定方法:
在模型风道内选择A、B测段(图3—1)。
在A、B两段面分别设置毕托管,用胶皮管将两段面的阻压分别分别接到压差计,测A、B两断面的静压差,同时分别测出A、B两断面的平均风速。
用皮尺和小钢尺量出A、B间的距离和它们的断面和周长。
由能量方程:
hAB=h测AB+(hvA-hvB)
式中hAB---A、B段风道的通风阻力,Pa
h测AB---A、B段风道的势能差,Pa
hvA、hvB---A、B两断面速压,Pa
Q=S.V均
如果A、B段风道漏风较大,测(3—1)式中的Q应为A、B两断面的风量的平均值,即
Q=(QA+QB)/2
根据测定结果计算模型风道的hr及Rf和α
2、局部阻力系数ζ的测定
在模型风道的直角转弯前后选择两测定断面C和D(图3—1),测CD段通风阻力h阻CD和平均风速。
h阻CD=h摩CD+h弯
h弯=h阻CD-h摩CD
h摩CD=R摩/LAB.LCD.Q2=α测.LCD.U.Q2/S3
式中R摩—测定的AB段模型风道风阻,kg/m3
LAB—AB段长度,m
LCD---CD段长度,m
α测---测定的模型风道摩擦系数,kg/m7
ζ弯=2gh弯/fv均
根据测定的结果计算90度直角转弯的摩擦阻力系数R。
姓名___________班级_______________年_____月_____日
一、实验内容:
1、巷道通风阻力hr的测定;
2、摩擦风阻(Rf)和摩擦阻力系数α的测定;
3、局部阻力系数ζ的测定。
二、实验数据记录:
1、巷道通风阻力及巷道摩擦风阻和摩擦阻力系数的测定
风道类别
测定断面编号
H测(Pa)
读数
实值
V均(m/s)
Hv
- 配套讲稿:
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