天然气热量计燃烧实验研究

发布时间：2020-06-19 21:32

【摘要】：随着经济的快速发展,我国对天然气的使用量在逐年增加。为了满足国内市场对天然气的供应需求,我国每年要从国外进口大量的天然气。在每次进口贸易交接中,计量的准确性和公平性显得十分重要。本文以Rossini型燃气热量计为基础,从能量计量的角度对天然气燃烧热值实验做了相关研究,具体研究内容如下(本文中用甲烷代替天然气进行实验):(1)首先,根据实际系统构造从模拟角度分析实验的准确性和合理性。尤其是燃气点火实验过程,因为整个燃烧环境为定压,如何考虑和控制燃烧腔内的压力和甲烷、氧气、氩气三种气体的流量大小非常关键。因此需要借鉴数值模拟的结论来设计实验方案。通过数值模拟得到结论:当甲烷流量为95mL/min、氧气流量160mL/min、氩气流量440mL/min时,甲烷可稳定持续燃烧,并且整个燃烧过程甲烷能够保证燃烧完全。(2)其次,本文在数值模拟的基础上完成了甲烷燃烧实验研究,其目的在于分析通入燃烧器中三种气体流量大小是否合理。结果证实了数值模拟中各气体流量大小设置的正确性,实验中甲烷能够良好点火。并根据实验现象对燃烧器进行了多次改进,解决了燃烧中火焰脱火、回火和不稳定等影响因素。(3)最后,在组装完整个实验装置后,本文完成了实验间温度均匀性测试、电校正实验。实验间温度均匀性测试实验,分析了影响实验间环境温度均匀性的各个因素并提出了提高温度均匀性的改进方案。电校正实验中测得系统量热容器的当量热容为19023J/K,当量热容不确定度28J/K,相对不确定度0.15%(k=2)。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB941;TQ511.1
【图文】：

原理图,气相色谱法,原理图,氧弹热量计

图 1.1 气相色谱法原理图直接测量法直接测量法是指燃烧一定量的燃气，通过装置直接测量出燃烧过程中量来确定燃气热值。在此过程中需要考虑热量传递、保温措施、温度键因素，该方法在一定程度上可以非常精确地测量出燃气的热值。按术的差异，直接测量法热量计大致可分为：氧弹热量计、Rossini 型热气体吸收式热量计、水流吸收式热量计。(1) 氧弹热量计氧弹热量计实验前需要完成装置的电校正实验。将称量好的标准物质一定量的纯氧在氧弹热量计燃烧腔内完全燃烧，燃烧过程中产生的热量计周围的吸热介质完成吸收，最后通过感温铂电阻测得吸热介质的出装置的整体热容。

原理图,氧弹热量计,原理结构

中国计量大学硕士学位论文3图 1.1 气相色谱法原理图1.2.2 直接测量法直接测量法是指燃烧一定量的燃气，通过装置直接测量出燃烧过程中释放的热量来确定燃气热值。在此过程中需要考虑热量传递、保温措施、温度测量等关键因素，该方法在一定程度上可以非常精确地测量出燃气的热值。按照测量技术的差异，直接测量法热量计大致可分为：氧弹热量计、Rossini 型热量计、气体吸收式热量计、水流吸收式热量计。(1) 氧弹热量计氧弹热量计实验前需要完成装置的电校正实验。将称量好的标准物质苯甲酸和一定量的纯氧在氧弹热量计燃烧腔内完全燃烧，燃烧过程中产生的热量通过热量计周围的吸热介质完成吸收，最后通过感温铂电阻测得吸热介质的温升计算出装置的整体热容。接着在此基础上按照苯甲酸的实验步骤再次燃烧被测燃料，过程中同样需要准确测量吸热介质的温升。最后通过吸热介质温升、热容以及燃料质量计算得到燃料热值。该热量计的局限性在于它只适用于固体和液体燃料[25-26]，并不能用于测量气体燃料。其结构原理如图 1.2 所示，该装置主要包括外筒盖、内筒盖、内筒、内加热器、搅拌桶、氧弹、外筒、加热极板、搅拌器、冷却管、感温铂电阻、点火环、温度计等。实验中点火环通过电极打火方式完成燃气点火；通过内加热器控制氧弹外环境的温度；通过加热极板和冷却

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