程序升温实验

程序升温实验（精选五篇）

程序升温实验 篇1

1 13190工作面概况

13190工作面主采2-3煤, 工作面切眼长206m, 采用走向后退式长壁综采放顶煤工艺, 垮落法控制顶板。顶板为粉砂质泥岩, 含少量动植物化石碎片, 致密坚硬。底板为灰色泥岩, 平均厚2.5 m, 基本底为浅灰色细砂岩及青灰色中粒砂岩, 平均厚2.2 m, 主要成分为石英、长石。煤层实测瓦斯含量8.11 m3/t, 13190工作面胶带巷实测瓦斯压力0.91MPa。煤层属易自燃煤层, 自然发火期为1个月。

2 自燃特性测试实验设计

为进行耿村煤矿2-3煤样的程序升温实验, 分析煤温不同时产生的气体成分, 所采用的煤样自燃特性测试装置[11]如图1所示。在13190采煤工作面采集煤样, 筛分成1#—5#不同粒度的煤样, 其粒径分别为0~0.9 mm (平均0.45 mm) 、0.9~3.0 mm (平均1.95 mm) 、3~5 mm (平均4 mm) 、5~7 mm (平均6 mm) 和7~10 mm (平均8.5 mm) , 煤样质量均为1 kg, 空气流量为120 m L/min, 升温速度0.3℃/min, 其他实验条件见表1。

3 实验结果及分析

3.1 CO浓度变化规律

由耿村煤矿13190工作面2-3煤样CO浓度与温度关系曲线 (图2) 可知, 少量的CO气体在初始实验阶段就被检测出来, 说明煤样在低温阶段已经存在煤氧复合作用。在低于60℃的低温阶段, 粒度的降低对CO浓度的增加影响不大, 但是随着温度的升高, 尤其是当温度高于100℃以后, 随着粒径的减小CO浓度的增加趋势很明显。

主要原因:煤样表面积随着煤样粒径的减小而增大, 同时煤样的氧化性也增强, 导致耗氧量增大, 并加快了不完全的氧化反应, 从而促使CO气体的产生量越多。由该实验可知, 耿村煤矿2-3煤层煤样随着温度的升高CO浓度增大。

3.2 CH4浓度变化规律

由耿村煤矿13190工作面2-3煤样CH4浓度与温度关系 (图3) 可知, 在实验温度低于80℃时, 煤样的CH4浓度维持在较低范围。这种现象说明2-3煤层中赋存有瓦斯。但随着实验温度的升高, 1#—5#煤样的CH4浓度均有明显上升, 煤样在80~140℃之间时, 存在较为明显的脱附现象, 其极大值点在120℃, 极小值点在140℃, 说明此时煤样中的CH4气体已经基本脱附完成。温度高于140℃后, 随着煤温的升高CH4生成率迅速增大, 说明此时煤样已发生了较为剧烈的煤氧复合作用, 并裂解释放出大量的CH4气体。

3.3 CO2浓度变化规律

由耿村煤矿13190工作面2-3煤样CO2浓度与温度关系 (图4) 可知, CO2气体在初始实验阶段就被检测出来。这同样也说明了耿村矿煤样在低温阶段已经存在煤氧复合作用。同时, CO2气体浓度及产生率在65℃之前较小, 而在65℃以后逐渐增大, 80℃之后迅速增大。另外, CO2气体浓度及产生率随粒径增大而减小。主要原因:随着煤样粒径的增大煤样表面积减小, 同时煤样的氧化性也减弱, 生成的CO2气体就越少。

3.4 耗氧速度变化规律

由耿村煤矿13190工作面2-3煤样耗氧速度与温度关系 (图5) 可知, 耗氧速度增大的趋势与煤样温度及粒径均有关系。在煤温低于60℃的低温阶段, 随着煤样粒径的减小, 其耗氧速度的增大趋势不明显;但当超过65℃临界温度时, 这种增大趋势较为明显, 并且煤样的耗氧速度随着粒径的减小而增大的趋势表现明显。主要原因:随着煤样粒径的增大煤样表面积减小, 同时煤样的氧化性也有所减弱。

3.5 C2H4和C2H6气体变化规律

由耿村煤矿13190工作面2-3煤样C2H4和C2H6气体浓度与温度关系曲线 (图6、图7) 可知, C2H4气体在80℃前的初始低温阶段没有产生, 而在80~100℃之间浓度较低, 当温度在110~120℃时, C2H4气体浓度与温度的关系呈正指数规律增大, 即此时煤体内部发生了剧烈反应, 部分煤体高温裂解, 产生了C2H4气体。C2H6气体是在实验初始低温阶段就被检测出, 且在80℃以前浓度一直较低, 80℃之后随温度的升高迅速增大, 120~140℃之间存在较为明显的气体脱附现象, 极大值在130℃左右, 极小值在140℃左右。说明此时煤样内气体脱附已经基本完成, 而之后随着温度的升高, 煤样高温裂解, 产生大量的C2H6气体, 使该气体浓度大幅度增大。同时, 实验还发现, C2H4和C2H6气体均随着粒径减小, 其产生量趋于增大。

4 结论

(1) 耿村煤矿2-3煤层的程序升温实验过程中, 煤样耗氧速度以及各气体产生速度与煤体温度为正指数规律增加, 据此可预报耿村煤矿2-3煤样的自燃状况。

(2) 得到了耿村矿2-3煤样的特征温度以及煤分子在自燃升温过程中的变化规律, 可据此对耿村煤矿2-3煤自燃机理进行更深一步的研究。

(3) 耿村煤矿2-3煤样随着粒径的减小, 煤样自燃也更加容易, 该结论对研究采空区煤自燃规律具有重要的意义。

参考文献

[1]刘文卉.合阳一矿煤自燃特性参数及预报指标实验研究[D].西安:西安科技大学, 2012.

[2]魏砾宏, 李润东, 李爱民, 等.超细煤粉着火特性的热重分析[J].煤炭学报, 2008, 33 (11) :1292-1295.

[3]姜秀民, 杨海平, 李彦, 等.煤粉颗粒粒度分形分析[J].煤炭学报, 2003, 28 (4) :414-418.

[4]王振平, 文虎, 黄福昌.松散煤体中的氧气扩散模型及数值分析[J].煤炭学报, 2002, 27 (3) :229-232.

[5]岑可法, 姚强, 骆仲泱, 等.高等燃烧学[M].杭州:浙江大学出版社, 2002.

[6]刘忠, 阎维平, 高正阳, 等.超细煤粉粒度对煤质分析特性的影响[J].华北电力大学学报, 2004, 31 (4) :63-65.

[7]戴广龙.煤低温氧化及自燃特性的综合实验研究[D].徐州:中国矿业大学, 2005.

[8]徐精彩, 薛韩玲, 文虎, 等.煤氧复合热效应的影响因素分析[J].中国安全科学学报, 2001, 11 (2) :31-35.

[9]Tan Bo, Meng Jie, Xiao Hengheng, et al.Evaluation of coal spontaneous combustion's risk grade with wavelet neural network[C].2009 International Conference of Management Science and Information System, Jiaozuo, 2009:1461-1463.

[10]朱红青, 郭艾东, 屈丽娜.煤热动力学参数、特征温度与挥发分关系的试验研究[J].中国安全科学学报, 2012, 22 (3) :55-60.

微机原理实验三子程序设计实验 篇2

一、实验目的

1．学习子程序的定义和调用方法。2．掌握子程序的程序设计、编制及调用。

二、实验设备

TDN86/88教学实验系统一台

三、实验内容及步骤

1．求无符号字节序列中的最大值和最小值

设有一字节序列，其存储首址为3000H，字节数为08H。利用子程序的方法编程求出该序列中的最大值和最小值。实验程序及流程如下：

主程序STACK1SEGMENT STACK

开始DW 64 DUP(?)STACK1 ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE START: MOV SI,3000H MOV CX,0008H CALL branch A1:JMP A1 branch: JCXZ A4 PUSH SI PUSH CX PUSH BX

结束序列的字节个数→CX数据区首址→SI调用求最大最小值子程序 MOV BH,[SI] MOV BL,BH A1: LODSB CMP AL,BH JBE A2 MOV BH,AL JMP A3 A2: CMP AL,BL JAE A3

Y子程序CX=0？NSI、CX、BX入栈[SI]→BHBH→BLSI+1→SI[SI]→ALNAL﹤BHAL→BHMOV BL,AL A3: LOOP A1 MOV AX,BX POP BX POP CX

YAL﹥BLYCX-1→CXNNAL→BLCX=0？POP SI A4: RET CODE ENDS END START

实验步骤

（1）输入源程序，进行编译、链接和加载。

YSI、CX、BX出栈RET

（2）在调试区键入E0000：3000↙,输入8个字节的数据：D9、07、8B、C5、EB、04、9D、F9。

（3）运行程序，查看结果，在调试区键入R AX↙，显示结果应为AX=F9 04，AH中为最大值，AL中为最小值。

2．数组求和

设有一字节序列（存储地址和字节数可自定义），编写程序，求出该序列的和，求和工作由子程序来实现。

程序：

STACK1 SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)STACK1 ENDS CODE

SEGMENT ASSUME CS:CODE START: MOV SI,3000H MOV CX,0008H XOR AX,AX CALL branch A5: JMP A5 branch: JCXZ A4 PUSH SI

PUSH CX A1: ADD AL,[SI] INC SI A3: LOOP A1

POP CX POP SI A4: RET CODE

ENDS END START

浅谈色谱分析中程序升温方案 篇3

由于成分之间的化学性质差异性大决定了色谱分析必须采样程序升温才能达到有效的分离效果, 根据程序升温的方式, 程序升温可以分为线性程序升温和非线性程序升温, 前者更为普遍。线性程序升温, 即随着时间线性变化的升温方式, 可以分为一阶线性程序升温和N阶线性程序升温。对于每阶程序升温, 都包含初温、程序升温速率、终温以及不同温度下的保持时间四个基本参数。

在气相色谱恒温分析中, 对有机化合物的化学性质相似的同类型的化合物, 保留时间和沸点呈对数关系, 随着保留时间增加, 色谱峰宽迅速增加, 导致先流出峰相互叠加, 后流出峰又因峰展宽, 使检测灵敏度下降, 因此一般通过色谱柱温程序升温来解决这个问题。那么, 程序升温时, 初温、终温、升温速率、各温度保持时间、柱温阶数N到底怎样选择合适呢?是否N越到越好呢?

程序升温的分离效果受到多方面因素的影响, 如分析对象的化学性质、色谱仪的仪器条件、程序升温中初温的选择、升温速率、各温度保持时间等, 所以分析人员应根据实际情况设计自己的程序升温方案。

一、采用SE-30毛细色谱柱 (0.53mm×1μm×50m) 为例, 固定液为二甲基聚硅氧烷, 其使用条件是50℃~300℃, GC9560TVOC (Ⅱ) 气相色谱仪。

在柱前压0.03MPa、汽化室温度250℃、氢火焰检测器温度260℃, 在程序升温条件下, 分离含有二硫化碳、苯、甲苯、对 (间) 二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯、乙苯、乙酸丁酯、十一烷的标准混合物。

我们现在通过选择TVOC标准样品涉及9中成分来分析, 它们的沸点:

1.初温的选择, 一般初温比样品中沸点最低的组分沸点要低, 可以参考低沸点组分恒温分析时的温度, 但是要高于固定液的凝固温度或者高于色谱柱的最低使用温度, 在此我们可以选择50℃。

2.终温的选择, 一般终温要高于样品中沸点最高的组分沸点要高, 但是不能超过固定液的最高使用温度, 最好比色谱柱最高使用温度低40~60℃, 因高温时固定液会流失, 影响色谱柱的使用寿命, 同时不得影响样品组分的热稳定性, 导致组分分解或破坏。根据《室内空气质量标准》GB/T 18883-2002, 定义TVOC温度范围是50℃~250℃, 所以终温可以选择250℃, 保证高沸点组分全部出峰, 不在色谱柱中冷凝滞留。

3.升温速率的选择, 我们既要获得较小的保留时间, 提高分析速度, 又要保证较大的分离度, 获得满意的分析效果。N阶数尽可能的小, 达到简化操作, 一般是1阶或2阶, 3阶使用的也很少见, 升温速率大小根据实际组分分离效果和峰形而定。

4.分离效果, 要着重考虑这种化学性质接近的组分。对于组分沸点范围窄, 化学性质类似的样品组分, 比如同系物。我们可以选用一阶升温, 且升温速率尽可能的小, 满足化学性质相似组分的分离, 如上面表中组分沸点数据来看, 乙苯和对间二甲苯沸点接近, 其次是苯乙烯和邻二甲苯沸点接近, 因此分离是不容易的, 如果通过调节升温速率仍达不到分离要求, 在此同时我们还要考虑更换色谱柱的可能。

5.组分出峰的温度和该组分的沸点温度有必然的关系, 同时受到程序升温设置的温度和组分的介质 (溶剂) 的影响。通常我们认为组分出峰与组分的化学性质有关, 柱温达到组分沸点才能出峰。其实由于介质的沸点低的原因, 降低了组分中分子间的亲和力, 从而使其色谱分析中出峰温度低于其本身沸点;例如我们在分析空气中苯含量时, 柱温选择60℃, 而苯的沸点是80℃, 但是色谱分析中我们仍然成功检测苯的含量。

6.由于现在色谱柱的种类多样, 通常有极性和非极性, 填充柱和毛细柱, 各种色谱柱内部的固定相对样品组分的传质阻力不一样, 所以同样的样品组分, 在达到同样的分离效果的要求下, 柱温选择和保留时间是不同。固定液的涂膜厚度影响传质快慢, 一般厚的涂膜会让组分出峰变慢, 反之即快。色谱柱长度长的组分出峰慢, 反之即快, 色谱柱孔径小的组分出峰慢, 反之即快;组分在毛细管柱比填充柱出峰要慢。所以样品组分流出时的柱温选择, 在毛细管柱中的温度选择可以比填充柱要低几十度。

结论

程序升温方案设计是比较灵活的一种样品组分分离方式, 应根据样品组分的化学性质、样品组分的复杂性、样品前处理情况、分析系统、分析效率、标准要求、方法的允许偏离、结果的要求, 制定程序升温的方案, 从而把干扰减到最低, 到达样品组分的有效分离, 但是程序升温也有力所不及的地方, 因此我们考虑分析方案时要也考虑除此之外的实验因素。

摘要：程序升温的分离效果受到多方面因素的影响, 如样品组分化学性质、仪器条件、程序升温中初温的选择、升温速率、各温度保持时间等, 所以分析人员应根据实际情况设计自己的程序升温方案, 不可照搬照抄。

关键词：色谱分析,程序升温,升温阶数

参考文献

[1]河南省住房和城乡建设厅主编, 民用建筑工程室内环境污染控制规范GB 50325-2010中国计划出版社.

实验二分支程序 豆丁 篇4

实验名称 分支程序设计实验

指导教师 曹 丹 华

专业班级 光电1007班 姓名 余 冬 学号 U201013524 序号 16 联系方式 ***

一、任务要求

1.设有8bits符号数X存于外部RAM单元，按以下方式计算后的结果Y也存于外部RAM单元，请按要求编写程序。

X2当X40YX/2当20X40

当X20X2.利用51系列单片机设计一个24小时制电子时钟，电子时钟的时、分、秒数值分别通过P0、P1、P2端口输出（以压缩BCD码的形式）。P3.0为低电平时开始计时，为高电平时停止计时。提高部分（选做）：

a.实现4位十进制加、减1计数，千位、百位由P1口输出；十位、个位由P2口输出。利用P3.7状态选择加、减计数方式。

b.利用P3口低四位状态控制开始和停止计数，控制方式自定。

二、设计思路

任务1：将位于2000H中的X取出，判断是否为负数，若为负数，则对X按位取反，结果送入3000H单元。若为正数，则将X的值与40比较，若大于等于40，则将X平方后的结果送入3000H低字节和高字节单元中。若X小于40，则将X的值与20比较，若X>20，则将除以2后存入3000H单元。否则对X按位取反，结果送入3000H单元。

其中，按位取反使用CPL指令实现：除以2运算使用2进制位带左移实现：平方运算使用MUL指令实现。并且平方运算后的结果用2个存储单元保存。任务2：

先将P2、P1和P0端口置0，注意P0没有锁存功能，用R5存储P0的内容，并将R5也置0.然后根据P3.0的值来判断是否开始计时，计时开始后等待一秒，而后P2加1，判断P2与60的大小，若P2小于60，则重新判断P3.0的值来决定是否开始计时。若P2等于60，则将P2置0，同时P1加1.再判断P1与60的大小，若小于60，则重新看P3.0的值是否开始计时。若P1等于60，则将P1置0，同时R5加1后将其值赋给P0。再判断R5与24的大小，若R5小于24，则重新判断P3.0的值来看是否开始计时。若R5等于24，则将置1后将其值赋给P0。等待一秒后又再次判断P3.0的值，目的是保证当改变P3.0后程序能立即做出反应。

三、资源分配

1.2000H：存入8bits符号数X 3000H、3001H：保存计算后的结果 DPTR：对片外RAM进行读写操作 R1：减法运算时保存A的值 2.R5：暂时存储P0端口的值

R0、R1、R2、R3、R4：为实现延时一秒而指定操作的周期数 P0、P1、P2：分别输出时、分、秒数值 P3：起计时控制作用

四、流程图1、2.五、源代码（含文件头说明、资源使用说明、语句行注释）1.M EQU 10H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0100H MAIN:MOV DPTR,#2000H MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A;MOVX A,@DPTR

JB ACC.7,LOOP2 MOV R1,A

CLR C

SUBB A,#40H

MOV A,R1

JC LOOP1

MOV B,A MUL AB

MOV DPTR,#3000H MOVX @DPTR,A

MOV A,B INC DPTR MOVX @DPTR,A

DONE:SJMP DONE LOOP1:MOV R1,A

CLR C SUBB A,#20H

MOV A,R1

JC LOOP2

JZ LOOP2

CLR C

RRC A

将初始值存入2000H单元

;从2000H单元读出M的值

;判断M是否为负，若为负，跳转LOOP2;暂时保存A的值

;将M的值与40进行比较;将减法运算之前的值再赋给A;若M的值小于40，跳转LOOP1

;进行M的平方运算

;低位存入3000H单元

;高位存入3001H单元;暂时保存A的值

;将M的值与20进行比较;将减法运算之前的值再赋给A;若M小于20，跳转LOOP2;若M等于20，跳转LOOP2;进行除了操作 OVER:MOV DPTR,#3000H MOVX @DPTR,A SJMP DONE

;字节取反

;将结果存于3000H单元

LOOP2:CPL A

SJMP OVER END

2、ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0300H MAIN:MOV P2,#00H;将P2端口置0 MOV P1,#00H MOV P0,#00H MOV R5,#00H

;将P1端口置0;将P0端口置0

;将P0端口的暂时存储器置0 START:JB P3.0,START;判断P3.0是否为0,若为0,则向下执行 LCALL DELAY;调用延时子程序 HERE: JB P3.0,HERE MOV A,P2

ADD A,#01H DA A MOV P2,A MOV A,P1 ADD A,#01H DA A MOV P1,A CLR C SUBB A,#60H JC LOOP2 MOV P1,#00H MOV A,R5 ADD A,#01H

;将秒钟值加强，并作十进制修正

DA A MOV R5,A MOV P0,R5 CLR C SUBB A,#24H

JC LOOP3 MOV R5,#00H MOV P0,R5 MOV R0,#13 DELAY9:NOP NOP DJNZ R0,DELAY9 AJMP START LOOP3:MOV R0,#13 DELAY8:NOP NOP

DJNZ R0,DELAY8 NOP NOP NOP LJMP START LOOP2:MOV R0,#16 DELAY7:NOP

NOP DJNZ R0,DELAY7 NOP NOP NOP AJMP START LOOP1:MOV R0,#19H DELAY6:NOP NOP

DJNZ R0,DELAY6 NOP AJMP START DELAY:MOV R2,#6H DELAY3:MOV R1,#255 DELAY2:MOV R0,#255 DELAY1:NOP

NOP NOP DJNZ R0,DELAY1 DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R2,DELAY3 MOV R4,#58 DELAY5:MOV R3,#255 DELAY4:NOP DJNZ R3,DELAY4

DJNZ R4,DELAY5 RET END

六、程序测试方法与结果、软件性能分析 1.a.赋值X为-2，截图如下 ：

B.赋值X为16，截图如下：

C.赋值X为22，截图如下：

D.赋值X为42，截图如下：

2.第一步，当程序刚开始运行的时候，时分秒全部清零，如下图：

第二步，当秒向分进位时，前后对比如下：

运行前

运行后 由上可以看出前后刚好延时一秒。

第三步，当分向时进位时，前后对比如下：

运行前

运行后

由上可以看出分向时进位时，前后延时一秒。第四步，到23：59：59时，运行前后如下：

运行前

运行后

由上也可以看出，分向时进位也延时一秒。综上，软件性能良好。

七、思考题

1．实现多分支结构程序的主要方法有哪些？举例说明、答：若分支比较少，则通常用条件转移指令来实现。

例如，判断两个单字节无符号数的大小，分别存于片内RAM的40H和41HUJ单元）并把人数存入单元。可以用判断CY的转移指令来实现，程序如下： JUDGE: MOM A,40H CLR C SUBB A,41H JNC LP MOV 42H,41H RET LP:MOV 42H RET 若分支比较多，则可采用的有三种形式：分支地址表、转移指令表、地址偏移量表。具体例子不详述。

2．在编程上，十进制加1计数器与十六进制加1计数器的区别是什么？怎样用十进制加法指令实现减1计数？

答：十进制加法1计数器进行加1操作时，每加一次1，就得将每一字节进行十进制修正；而十六进制加法是相当于单字节或多字节的加法运算，其中被加数是计数器的当前值，加数始终是1.十进制加法进行减1计数时，应该将计数器的当前值与-1的补码FFH相加，然后将每一字节进行修正，从而实现十进制减1计数。

八、心得

本次实验遇到的问题包括时钟的程序设计和流程图的绘制。看出来，单片机的基础知识还没掌握好，应复习相应的课件，补充缺陷的地方。下次实验再继续努力。说明：

标题：黑体，小四号

正文：宋体，五号，1.5倍行距

流程图使用 SmartDraw7

磁力吸附电加热器升温曲线实验研究 篇5

关键词：磁力吸附电加热器,液压站,冬季冷启动,加热时间

0 引言

液压泵站是独立的液压动力源装置, 它按驱动装置要求供油, 并控制油流的方向、压力和流量, 它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械。用户只要将液压站与主机上的执行机构 (油马达和油缸) 通过液压油管相连, 液压机械即可实现各种规定的操作[1,2]。广泛用于各个工业领域及汽车制动上。

但在冬季低温条件下, 油黏度的增加致使液压站启动困难。为解决该问题, 液压站使用电加热管直接加热, 但长期实践发现管式电加热存在下列弊端:1) 液压油受热不均, 有些局部温度过高, 而有些局部温度达不到启动要求。2) 直接加热, 和加热器直接接触的油因为温度过高而过早氧化变质, 缩短了液压油的使用寿命, 使用成本加大。3) 使用油浸式加热管, 需要制作加热器的安装孔, 工业复杂, 且有漏油的隐患, 检修加热器时, 需要将油全部放出, 维护量大, 损耗大, 对环境污染增加。为了解决上述问题, 我们设计了一种新型的电加热设备———磁力吸附电加热器。为了掌握该加热设备的工作特性, 本文在理论与实验方面做了如下基础研究。

1 工作原理

磁力吸附式电加热器的实物如图1所示, 内部结构如图2所示。在工作时, 先利用布置在加热器中心的磁铁的磁性, 将其吸附在油箱的表面。通电后, 利用镶嵌在铝制加热盘内部的发热元件发出的焦耳热, 热流通过加热盘增大换热面积, 更加有效地加热工件。由于铝的密度小, 导热系数高, 具有较大的热扩散系数, 因此较其他材质有更突出的优势。此外发热盘与工件的接触面经车床处理后产生细小波纹, 能够加大接触部分的压强, 更加有利于导热。并且在竖直使用时能增加摩擦力, 避免滑落。

1.铸铝盘体2.磁铁3.温控器4.发热元件

2 实验研究

2.1 实验过程

本实验选用如图3所示的500 mm×400 mm×400 mm的水箱模拟油箱, 选用额定功率为500 W的磁力吸附式电加热器作为加热热源, 磁力吸附式加热器的加热位置位于水箱的底部中心。用ADAM4118型8点测温仪测量水箱内的温度, 通过计算机进行数据采集, 并利用VB自编的程序, 每隔1 min记录一次各个测温点的温度值。本实验采用k型热电偶测量温度, 测温点的分布如图4所示。为了贴近油箱实际工况, 本实验分别研究水体积为10 L、20 L、30 L时, 水箱内的不同位置水温随时间的变化曲线, 并测定水温稳定时间。

2.2 实验结果

当水箱内水的体积为10 L、20 L、30 L时, 各个测温点的升温曲线如图5~图7所示。对于不同容积时, 测温点5的温度曲线, 如图8所示。

根据实验的升温曲线可知, 随着加热器的工作, 水的温度缓慢上升, 这在一定程度上解决了实际应用中液压油受热不均的问题。在不同体积的实验中, 加热到平衡所用的时间增长。通过对比测温点5的温升曲线可以得出:容积每增加10 L, 其平衡时间增加约1 h。这为实际工作提供了参考。由于测温点5直接布置在水箱与加热器接触面的表面, 所以其温度最高, 但当系统达到平衡时, 其温度不超过70℃, 因此在实际的工作中不会造成液压油的氧化变质, 延长了液压油的使用寿命。

3 理论分析

3.1 验证计算

根据能量守恒定律得出公式

式中:Qs为总加热量;Qloss为热量损失;Qwater+tank为水和水箱升温消耗热量。热量损失包括水箱表面散热和水上表面散热两部分, 如下式:

整个系统的热源来自铸铝合金盘中的发热体, 稳定工作时额定功率500 W, 由于电加热器外壳为金属材质, 也有少量热量散失, 根据实际情况, 取电加热器散热系数k=0.05。则最终传入水箱和水的功率为: (1-k) Ws。表1为空气自然对流简化式[3]。

表1中:h为对流换热系数, W/ (m2·K) ;△t=t-ta, 其中t、ta为传热面与环境温度, ℃;l为特征长度, m。电加热器处于水箱底部中心, 环境温度25℃时, 当系统稳定时, 水箱底部外表面温度可达60℃, 水面以下水箱外表面温度可达50℃, 水面以上水箱内外表面温度40℃, 水升温至45℃, 忽略辐射换热。由经验公式大致可以得到水箱表面与空气对流换热系数, 水箱底部侧表面取平均温度。t1= (25+60) /2=42.5℃, l=0.5 m, 则ht1=0.61 (△t/l2) 1/5=0.61×[ (42.5-25÷0.52]1/5=1.43W/ (m2·K) 。同理, 水面以下水箱侧表面:

水面以上水箱内外表面:

水箱散热损失Wtank=W1+W2+W3。

其中:

总损失Wloss=Wtank+Wwater-topsurface=40.38+20=60.38,

由于水箱部分与水共同升温, 水升温功率可乘系数, 得, Wwater=k′Wwater+tank=0.9×414.62=373.158 W。

水升温至45℃, 所需热量为Qwater=c·m·△t=4186×1 000×0.4×0.5×0.2× (45-25) =3.348×106 J, 所需时间为ζ=Qwater/Wwater=2.49 h和实验所测时间比较吻合。

3.2 预测计算

假设冬季启动时环境温度为-30℃。液压油加热温度为15℃, 令油箱内外侧壁温度与液压油相同, 液压油比热取1 884 J/ (kg·℃) , 密度取900 kg/m3。油箱底部温度取60℃。考虑到环境温度较低电加热器散热系数取0.1。油箱尺寸与上例中水箱尺寸相同。

在油箱底部侧表面,

油箱散热损失Wtank=W1+W2。

其中:

总损失Wloss=Wtank+Woil-topsurface=86.19+22.5=109.4 W,

由于油箱部分与油共同升温, 油升温功率可乘系数k′, 即Woil=k′Woil+tank=0.9×290.6=261.54 W。

油升温至15℃, 所需热量Qoil=c·m·△t=1884×900×0.03×[ (15+60) ÷2+30]=3.4×106 J, 所需时间ζ=Qoil/Woil=3.6 h。

4 结论

通过实验测定磁力吸附电加热器温升曲线及理论分析加热过程, 得到了以下结论:

1) 在实验加热过程中, 工质的温度缓慢上升, 有效地解决了实际应用中液压油受热不均的问题;工质体积每增加10 L, 其平衡时间增加约1 h;加热过程中工质最高温度处不超过70℃, 不会造成液压油的氧化变质, 延长了液压油的使用寿命。

2) 理论分析中, 通过对10 L水的验证计算预测了环境温度为-30℃、液压油加热到15℃所需要的时间, 即3.6h, 为其他工况提供了理论计算依据。

3) 设备结构轻巧, 易于安装, 检修方便, 检修时不用放油和停机, 检修、生产两不误。该设备中还配备了温控装置, 可以根据不同工作条件进行调节, 大大提高了设备的安全系数。此外, 该设备体积较小, 还可以对各种车辆的发动机进行加热, 减轻了汽车发动机冬季冷启动时的损伤。预计在未来在加热领域有着更加广泛的应用前景。

参考文献

[1]徐兴友.PLC在液压站控制系统中的应用[J].科技创新与应用, 2004 (4) :144.

[2]余军伟.提升机液压站冷却和加热装置设计与应用[J].煤矿机械, 2011, 32 (11) :22-24.