热化学试验

热化学试验（共11篇）

热化学试验 篇1

0引言

硅橡胶的绝热材料主要将硅橡胶作为一个基体, 之后渗入纤维、氧化硅、阻燃剂等, 在相互混合且调匀后, 进行压制, 之后形成弹性比较热的防护材料。且发动机中含有的绝热层在进行烧蚀的时候, 是对热化学进行持续烧蚀、剥离等互相作用的结果, 硅橡胶绝热材料热化学的烧蚀过程主要指, 绝热的材料需要在高温的作业之下实行热解, 所形成的炭化层以及氧化性进行混合且接触以后, 会形成相应的化学反应, 进而损失掉大量的质量, 同时热化学在进行烧蚀的时候, 绝热的材料在经过高温作用以后, 会形成相应的热化学试验烧蚀形式。

1分析硅橡胶的绝热材料热化学烧蚀特征试验

硅橡胶绝热材料在进行完烧蚀试验之后, 重点分析主要采用小型的发电机, 以及铝含量为1%的复合推进, 所试件界面燃气的速度应在0.3~0.48m/S之间, 能够忽视对绝热层中粒子形成强烈的侵蚀作用之后, 得到纯粹的材料烧蚀结果。推进剂的燃烧温度控制在2700K左右, 时间为9.3S, 工作压强为4.5MPa[1]。

材料试验过程应在熟悉烧蚀以后, 绝热材料进行热化学烧蚀的状态, 重点包括:炭化层断面、表面特点、烧蚀率等。烧蚀率指试件初期厚度和试验后, 试件厚度存在的差距和试验进行工作时间之间的比值, 在计算的时候, 应先主测出试件试验前质量以及厚度, 同时对各试件进行多点测试, 将奇异值完全删除, 平均其他测量值, 最后将其当成所测量出的厚度。

2分析硅橡胶绝热材料热化学烧蚀试验之后的状态

硅橡胶绝热材料热化学烧蚀试验之后的状态主要分为两种, 一种为宏观烧蚀状态, 另一种为细致烧蚀状态。

2.1宏观的烧蚀情况

硅橡胶绝热材料中的绝热层在进行试验后, 所显示出的状态, 如图1所示。绝热材料在进行试验后, 炭化层的表面具有不均匀的白斑, 此斑点为Si O, 利用扫描电镜进行扫描之后发现, 是在高温环境下遗留的痕迹。而且炭化层的中部出现隆起的现象, 主要原因为:第一, 热解气体在溢出的时候, 受到炭化层的阻碍, 加大炭化层中的压力, 在强力内压的作用之下使得炭化层出现隆起的情况;第二, 在高温环境下, Si O大量熔化, 直接从从表面向外渗流, 使得流动性受到很大阻碍, 对于炭化层造成很大影响, 这就使炭化层的表面出现隆起。

如果在试验过程中, 发现炭化层的表面没有肉眼可以看到的缝隙或是孔洞, 但是保有材料的原始表面所压制出的纹路, 且纹路较浅, 则表明燃气当中的氧化性的成分主要为CO、H、O以及炭化层的表面发生化学反应时, 消耗较少的质量, 即单纯绝热材料热化学的烧蚀对于炭化层厚度的作用较小, 经称量了解, 硅橡胶内部的绝热材料的质量烧蚀率只0.013g/ (s·cm2) 。其中, 材料质量的消耗主要包含以下方面:

第一, 基体材料在实行热分解过程中, 所产生的大量气体会全部溢出, 进而损失大量质量。

第二, 在进行燃气以及热解的时候, 产生的大量气体中, 氧化性的成分以及炭化层内具有很固体的物质, 这些物质会产生非常大的氧化反应, 所产生的大量气体进行完全热解, 且气体在混合溢以后, 会消耗掉很多质量[2]。

将绝热层垂直面全部切开, 把绝热层分为三层, 即炭化层、基体层、热解层, 热解层主要为白色, 厚度大约为1.5毫米, 炭化层较薄, 大约为1.4毫米。试验之后, 绝热层的厚度大约在11-14毫米之间, 远超过试验之前的初期厚度。主要因炭化层和热阶层比较疏松多孔, 其厚度对于原先材料所损失的厚度出现大幅度膨胀, 最大可以膨到4-6倍, 在完全出去绝热材料的炭化层以及热解层以后, 最后所测出的炭化层内的烧蚀率为0.077mm/s[3]。

2.2细观材料烧蚀情况

主要采用扫描电镜仔, 严格查看且扫描炭化层表面结构、侧面以及热解层内部的结构。炭化层面的烧蚀状态如图2所示, 从扫描照片中可以看出, 炭化层的表面结构分布很多不同的孔隙, 且附着一些白色的絮状物和小颗粒。利用能进行分析可知, 白色的附着物内的主要元素为O、Si, 此外, 白色的附着物上还有一些微量的氯元素、钠元素、钾元素, 这些微量元素主要来自燃气, 同时在多个孔的炭化层面实行大规模的扩散, 可以清楚地推断白色附着物中的主要成分为氧化硅。

从上图可知, 炭化层的断面完全显现出一个开裂、分层的情况, 造成炭化层发生分层的重要因素, 很有可能和炭化层的表面出现很大隆起的因素相关, 其原因是, 热解的气体在溢出过程中受到阻碍, 这就使得在熔化氧化硅的时候, 所渗出的气体受到阻碍, 且在高温的环境之下, 炭化层内部较强的热应力的作用所致[4]。而且, 炭化层内部的分层间隙当中, 能够看到一些纤维的物质, 此种纤维物质属于绝热材料当中的用作填充的一些短切纤维, 在烧蚀的时候, 纤维能够大大地强化炭化层, 进而维持炭化层的厚度, 进一步延长高温的燃气在向基体的材料进行传热时候的路径, 延缓烧蚀过程。因而, 纤维内部的含量、长度、分布等情况, 在一定程度上会直接影响到整个材料的烧蚀性能。

针对完全剥除出的炭化层, 热解层内部大部分都为白色粉末, 直接粘附在整个碳化层背面或是侧面, 且一小部分的粉末直接粘附在碳化层基体侧面或是表面。而热解层中的粉末大部分都是纤维、棉絮状或是颗粒状等物质构成, 经过能谱分析可知, 物质中含有的主要元素为O、Si, 充分表明, 在绝热材料热化学烧蚀中, 热解层内的温度尽管超过橡胶绝热材料基体自身的热解温度, 但是不会超出Si O所熔化的温度, 这就使得一定量的Si O不会被熔化, 一直都以固态的形式存在, 因而, 不会造成热解层固结, 纤维的强化作用也很难较好地体现, 这就使得绝热的材料内部的热解层很易发生松散, 很难完整将其分离出。总之, 和以上绝热材料炭化层内部的断面结构比较, 充分显示出整个炭化层内的温度均高于氧化硅溶化温度, 并且在熔化氧化硅的时候, 将热解层内剩余物与纤维融合在一起, 在很大程度上能够大大地强化绝热材料炭化层内的强度。

2.3三元乙丙材料

在相同试验条件之下, 三元乙丙绝热材料层进行的热化学的烧蚀特征比较, 炭化层的烧蚀率与质量的烧蚀率差距非常大, 且在热化学烧蚀的现象中存在很大差异。

首先, 材料在烧蚀以后, 三元乙丙材料内部的热解层较薄, 但硅橡胶内部的绝热材料存在一个很大的特点, 即材料内部有一个厚度与炭化层的材料厚度差异不大的一个热解层, 因而, 在计算烧蚀硅橡胶绝热材料时, 不能应用忽略绝热材料的热解层内存在的相关模型;

其次, 硅橡胶绝热的材料内部的炭化层中的孔隙结构非常复杂且混乱, 未呈现一个比较显著的上密、下疏, 但是具有非常明显的分层, 热解层内部和炭化层内部的状态也具有一定的差异, 同时氧化硅的熔化以及对于炭化层内部的固结作用非常显著。在这种情况之下, 不能够直接使用三元乙丙材料的烧蚀模型, 氧化硅进行熔化时所引起到的固结作用难以忽略。

硅橡胶绝热层的材料与在相同烧蚀环境之下, 三元乙丙绝热材料的烧蚀状况存在相似之处, 主要表现在以下几方面。

第一, 在流动速度、烧蚀温度一致的情况之下, 炭化层面会慢慢形成一些被压制过的纹路, 并且燃气内氧化性成分, 会直接影响到整个炭化层表面的氧化作用, 使得氧化消耗作用渐渐减弱, 同时在温度较好的环境之下, 绝热材料的橡胶基体通过热解、填材相变, 对烧蚀率造成很大影响。

第二, 所形成的热解层的厚度及炭化层的厚度会远远超过橡胶材料进行热化学试验过程中所损失的相关厚度, 存在膨胀的现象, 对比之下, 绝热材料在膨胀之后呈现的现象非常明显, 且在计算烧蚀率的过程中, 必须要仔细地查看烧蚀过程发生的膨胀情况对整个传热所产生的影响。

3结语

总而言之, 通过以上分析, 了解硅橡胶绝热材料在进行整个烧蚀试验过程当中, 将燃气的温度控制在2500K左右, 工作压强控制在4.55Mpa左右, 燃气流动的速度控制在0.45m/s左右, 在这种试验实践过程中, 所计算出的烧蚀率是0.07mm/s。而硅橡胶绝热材料中的绝热层进行相应的试验后, 具有一个比较显著的热解层, 该热解层内部的厚度和炭化层相比及其相似, 而且该炭化层的孔隙结构较为混乱, 部分结构发生开裂分层的情况, 在炭化层的表面、内部及热解层中, 具有不同环境状态下的Si O, 且炭化层表明还残留之前内压制的较多痕迹, 与热解层内部的厚度进行对比, 原材料在使用过程中所损失的厚度会出现很大的膨胀。磁瓦, 在烧蚀建模硅橡胶的绝热材料的时候, 不能应用把热解层当作一个面两层的烧蚀模型, 需综合考虑Si O熔化相变时, 对于炭化层固结作用过程及对热解过程产生气体的溢流造成的影响。

摘要：据相关研究结果显示, 利用普通烧蚀试验来对硅橡胶绝热材料实行检验, 其速度非常慢, 大约为0.5m/s, 且粒子的含量远远低于热化学的烧蚀试验。经过长期的试验研究烧蚀之后, 炭化层与热解层的表面、侧面结构特点, 把硅橡胶的绝热材料所具备的热化学的烧蚀特性, 和在同样的试验条件下, 三元乙丙的橡胶绝热材料在烧蚀之后的结构特点实行比较, 深入分析硅橡胶的绝热材料在烧蚀建模过过程中存在的缺陷。炭化层主要是在绝热的材料内部的高聚物进行热分解以后, 残留下很多疏松的渣层, 内部会发生传热以及传质问题, 同时伴随相关的化学反应。而且, 不同绝热材料间, 炭化层结构具有较大差异, 结构之间的变形和膨胀情况会存在很大差别, 会直接影响到多空介质内部的传热、传质性能。且炭化层的结构特征在很大程度上, 充分体现出绝热材料特化学烧蚀特征, 但又直接影响着绝热材料的烧蚀过程。鉴于此, 本文主要从绝热裁量热化学烧蚀试验、烧蚀试验之后的状态展开分析, 深入探讨硅橡胶绝热材料热化学烧蚀特征试验分析的体现。

关键词：硅橡胶绝热材料,热化学,烧蚀,试验

参考文献

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热化学试验 篇2

离子推力器热真空试验研究

为了验证离子推力器的.空间环境适应性,对离子推力器进行了热真空试验研究,确定了热真空试验的温度.试验结果表明:离子推力器在热真空环境中,启动和工作正常,性能稳定,满足空间环境要求.

作 者：郑茂繁 江豪成 顾左 马诗龙  作者单位：兰州物理研究所,兰州,730000 刊 名：航天器环境工程  ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING 年，卷(期)： 25(2) 分类号：V416.4 关键词：离子推力器   环境试验   热真空  

碳纤维带电热技术的试验研究 篇3

关键词：碳纤维带；室内地暖；电热板；试验研究

中图分类号：TU578.13 文献标识码：A

文章编号：1674-2974（2016）05-0131-06

Abstract：This paper proposed an innovative design for in-door electrical heating system that uses commercially available carbon fiber tape （CFT）. The design of the heating panel， layout and the construction of a prototype were presented with experiment results. The heating panel was made of three carbon fiber tapes and embedded in cement mortar. Each CFT was 50 mm wide with a spacing of 200 mm. Several experiments were conducted to examine the performance， temperature variation with time and location， and energy consumption of the proposed system. The experiment result has shown that the heating system performs satisfactorily and is heated up quickly with an average speed of 1.83 °C/min. The temperature gradient in the vertical direction is much larger than that in the horizontal direction. The electrical resistance of the CFT is stable， and the reflective membrane and insulation board are effective in reducing the heat transfer towards the bottom. The automatic temperature control device can reduce the energy consumption significantly.

Key words：carbon fiber tape；in-door heating；heating panel；experimental study

随着生活水平的不断提高，人们对居住的要求也在改变，由原来解决基本的生活问题，发展为寻求生活环境的舒适性和安逸性.研究表明室内阴冷潮湿不利于人们的身体健康[1].室内供暖是人们抵御寒冷的主要方式，而建筑供暖方式的舒适性也逐渐引起人们的重视；同时，世界各国都十分重视节能问题，节约能源、提高能源利用率已经成为各行各业在谋求提高劳动生产率的同时所追求的另一个目标[2-3]，这就对室内供暖方式提出了更高的要求.传统的供暖方式，已经不符合绿色环保的要求，且燃烧产生的废物会对人体健康造成不同程度的危害[4].相比于传统能源，电能清洁环保，已在城市供暖领域得到了广泛应用[5-6].其中，电地暖就是典型的代表.由于地暖可以使室内各空间温度分布均匀，同时竖直方向温差小，使人们感觉更加舒适；与对流采暖系统相比，节能效果能达到10%左右，能源利用率高，不会产生噪音，还能改善空气质量，降低室内粉尘，较传统方式更为清洁.

近年来，国内外学者在电热地暖方面进行了研究.Anthienitis[7]设计出一种混凝土板蓄热的地板电供暖系统，并进行了供暖试验，结果表明：该系统供暖效果良好.Farid[8]设计了一种蓄热的地板电供暖系统，普通住宅中进行供暖试验，结果表明：该电热板可使室内温度迅速升高，且均匀分布.导电混凝土作为一种路面除冰融雪材料已经得到了应用[9-11]，而作为地暖应用，具有造价低，施工方便等优点，完全可以达到采暖目的，但其性能尚需进一步研究.同时对于大面积场地，电极如何布置，如何保证导电层施工厚度，均需更多探讨.导电混凝土是指由胶凝材料、导电相如导电微粒和导电纤维、介电骨料和水等组分，按照一定配比混合凝结而成的多相复合材料.而碳纤维带水泥基复合材料是依托导电碳纤维带形成的一种特殊形式的导电混凝土，导电混凝土可和经过特殊布局的电极以及电动装置一起使用来给马路、人行道、桥面、飞机跑道除冰除雪[12]以及室内地面导热升温.目前，Yang[13]将碳纤维带预埋在混凝土路面中，设计和铺设了具有除冰加热层的人行道，经过多次试验，证实其能够起到良好的除冰作用.徐世烺等[14-15]发现碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土通电后可以形成良好的导电加热网络，产生热量使混凝土温度升高，升温过程中电阻率也较为稳定.沈刚[16]研究了电阻率随交流电压变化的情况，分析了不同电压下的电热效应，碳纤维混凝土通电后产生的热量能够满足冬季路面除冰化雪的需要.还有研究表明：碳纤维通电后产生的焦耳热很容易散发， 电热转化效率高达90% 以上，节能效果十分显著[17].同时，当混凝土中含有1%体积分数的碳纤维时，其在拉伸和弯曲两方面的强度均得到了提高[18].由短碳纤维和少量有机粘结剂制成的碳纤维毡具有良好的耐腐蚀性和稳定的电阻率，也被证明是良好的电加热材料[19].

本研究设计出一套采用碳纤维带的新型电加热装置，进行了通电升温试验和温度智能控制试验，测量了温度变化过程和耗电量等关键数据.

1 试件制备

试验采用T300B-3K单向编织碳纤维带，规格为600 mm × 50 mm × 0.2 mm.基本物理力学性能如表1所示，外观如图1（a）所示.选用普通硅酸盐水泥，河砂（最大粒径1.2 mm），为满足铺设地暖以及地板要求，按照水泥与河砂体积比1∶3制备砂浆.砂浆具有较好的流动性和保水性，使用过程中没有出现泌水和流浆现象.

碳纤维电热装置的组成（图1（b）），包括基底、保温隔热板、水泥砂浆、反射膜、碳纤维加热膜、水泥砂浆和地板砖.碳纤维带预埋在水泥砂浆中，选取导电性能优良的黄铜条作为电极（长×宽×厚的尺寸为：800 mm × 30 mm × 0.8 mm）.碳纤维地暖加热装置（长×宽的尺寸为：800 mm × 600 mm）的平面布置如图1（c）所示，两端铜条与导线固定连接，经变压器（24 V，1 000 W）与电源（220 V）连接.在满足变压器额定功率的前提下，为了使碳纤维加热均匀，布置了3条50 mm宽的碳纤维带，间隔为200 mm，外侧碳纤维带与边缘的距离为125 mm.碳纤维带和铜条的总电阻为1.9 Ω，整个电热装置的功率为300 W.剖面方向上（图1（d）），底层铺设30 mm厚的保温隔热板和5 mm厚的反射膜，碳纤维带埋置于40 mm厚的水泥砂浆的中间位置.

温度传感器的位置布置如图2所示.1#和2#传感器位于第1层和第2层的中间位置，以便测试保温隔热板和反射膜的效果.3#～8#与9#～12#传感器位于第3层和第4层相同水平平面位置，其中第3层的3#，5#，7#传感器和第4层的8#，10#，12#传感器位于两条碳纤维带的中间位置，能够记录温度在平面方向是否均匀.而第3层的4#，6#传感器和第4层的9#，11#传感器位于碳纤维带的中间位置，能够记录碳纤维带的升温效率和热源的最高温度.

2 试件测试

2.1 加热测试

在完成碳纤维电热装置后，开始通电进行加热测试.为了检测升温过程中是否具有良好的重复性，进行了3组测试，每组测试通电时间为35 min.由于部分温度传感器所处位置类似，将3#，5#，7#；4#，6#；8#，10#，12#；9，11#传感器放在一起对比，温度变化如图3所示.

所有温度传感器的数据重复性较好，表明该碳纤维加热装置具有较好的稳定性.4#和6#温度传感器的数据有较大的差异，这可能是由于4#传感器在埋置过程中发生了偏移，其他各组位于类似位置的传感器的测试数据基本相同.

为了更加明确地反映不同铺设深度内温度变化趋势的情况，本文给出了不同位置温度传感器的数据.结果表明：位于碳纤维带上、下方的传感器（2#，4#，6#，9#，11#）升温较快，位于碳纤维带中间位置的传感器（3#，5#，7#，8#，10#，12#）升温较慢.其中碳纤维下方2#温度传感器升温过程（从25～62 ℃）基本满足线性变化，平均升温速率为1.03 ℃/min；而由于保温隔热层的作用，位于下方1#温度传感器温度从25～27.5 ℃变化不大；位于第3层碳纤维上方位置的6#温度传感器和第4层砂浆处位置的9#，11#温度传感器在实验刚开始的时间内温度变化很快，之后升温速率逐步降低.第4层的温度变化滞后于第3层，升温过程中两层相同位置的温度传感器平均温度变化分别为25～91 ℃和25～75 ℃，升温速率分别为1.83 ℃/min和1.39 ℃/min；位于第3层碳纤维之间位置的3#，5#，7#温度传感器和第4层砂浆处位置的8#，10#，12#温度传感器在实验刚开始的时间内温度变化很慢，之后升温速率逐步提高，升温过程中两层相同位置的温度传感器平均温度变化分别为25～33 ℃和25～31 ℃，升温速率分别为0.22 ℃/min和0.17 ℃/min.该碳纤维带电热系统升温迅速，1 h升高10 ℃，相对于传统取暖方式属于较高效率，直接把电能转换为热能，热效率高达 98%以上[20].

2.2 自动温控试验

为了模拟室内环境中地暖加热以及温度智能控制等现实条件，本文还对碳纤维加热装置添加了自动温控仪以及电流表，进行了连续6 h的温控实验（图4（a））.为了模拟实际应用情况，在碳纤维地暖加热装置上加盖一个底面积与地板砖相同，高度为50 cm的多层瓦楞纸板箱，保温隔热效果良好，模拟温控试验装置如图4（b）所示.该装置高度50 cm，空间范围较小，且用于搭建的瓦楞纸板箱保温隔热作用好，是较为理想的室内模型.同时，外接的电流表用于测定整个装置的耗电量.环境初始温度为13 ℃，设定温控仪温度范围为26～27 ℃，则当温度高于27 ℃时，温控仪自动断电，待温度降至26 ℃以下时，温控仪自动联通，在升温和降温过程中，温控仪的温度传感器放置于地板砖和瓦楞纸板箱中心处，即离地板砖25 cm处检测温度，温控仪根据自动断、连电控制温度始终在该预设范围内，满足舒适性的要求.温控试验的温度变化如图4（c）所示.其中6#，9#温度传感器，分别代表碳纤维上和砂浆表层的温度，温控仪自带温度传感器显示环境温度（即纸箱内中心位置的气温）.

由于温控仪可以根据环境温度自动断开和连接电源，整个试验经历t1，t2，t3，t4和t5 5个阶段.t1，t3，t5为升温阶段，t2，t4为降温阶段.在t1阶段，6#，9#温度传感器迅速升温，分别从初始温度13 ℃升高到92.2 ℃和75.3 ℃；由于9#温度传感器位于第4层，所以温度变化滞后于6#温度传感器；室内温度也逐渐升高，当达到t1（112 min）时，环境温度从初始温度13 ℃升高到27 ℃，温控仪自动断开电源，装置进入降温阶段t2.这时，6#，9#温度传感器温度迅速降低，但由于热量向上传导，温控仪传感器处的温度仍有所上升，一直上升到30 ℃才逐渐降低，且后阶段下降速率变慢.当达到t2（210 min）时，环境温度降到26 ℃，温控仪自动连接电源，装置再次进入升温阶段t3.当达到 t3（233 min）时，环境温度升高到27 ℃，温控仪自动断开电源，装置又进入降温状态t4.当达到t4（310 min）时，环境温度再次降低到26 ℃，温控仪自动连接电源，装置又进入升温阶段t5.当达到t5（330 min）时，环境温度升高到27 ℃，温控仪自动断开电源，装置又进入下一个降温阶段.可以看出，装置可以进行循环往复的加热降温再加热的过程.在该过程中，装置需要经过一定时间的t1阶段用来预热和升温以达到预设温度，在温度稳定（26～27 ℃）之后，装置实际上只需经过短时间加热阶段，又可以进入较长时间的降温阶段.

该加热装置在360 min的试验时间内，经历了一个预加热阶段（t1）和两个完整的升降温阶段（t2，t3和t4，t5），实际通电时间为t1+t3+t5=155 min， 耗电0.783 kW·h.在预加热阶段完成后，通电与断电的时间比（t3+t5）/（t2+t4）=0.25，表明该装置实际通电时间较短，具有很好的节能效果.同时，预加热阶段完成后，温控仪传感器处的温度不断上升，实际地暖加热时，可以把温控仪预设停止温度调整到稍低于预期温度，以便充分利用余热，节约能源.同时经过6 h加热后，测得碳纤维地暖装置电阻为1.92 Ω，基本无变化，表明该装置的稳定性较好.另外，对比2.2节的加热温度测试，该自动温控装置测试的平均升温速率（0.7 ℃/min）较低，可能与系统从较低初始温度升温需要更多的热量有关.该装置节能效果明显，比传统电热制品节能约 30%.这种取暖方式充分利用了热传导、对流和辐射3种传播方式.碳纤维带地暖直接消耗电能，可以避免消耗煤、油等不可再生资源，减少二氧化碳和大气污染物的排放.碳纤维带地暖便于个人家庭安装，相比传统地暖发热迅速，由于其配有控温系统，室内温度便于调节，适合于我国南北方取暖.

3 结 论

提出了一种基于碳纤维带的新型室内地暖电热系统，介绍了电热板的设计，进行了加热和自动温控试验，得到了各处温度随时间和位置的变化趋势、能量消耗等数据，试验结果表明：电热系统升温迅速，平均升温速率能达到1.83 ℃/min，比传统的地暖取暖方式效率更高.竖直方向的温度变化梯度远大于水平方向温度变化梯度.碳纤维带电阻稳定性较好，地暖反射膜和保温隔热板效果良好.在温控仪控制下，电热系统往复升温和降温，其中实际通电时间约为断电时间的25 %，温控装置对减少能耗成效显著.本系统仍存在一些需要改进的地方，比如优化加热功率，提高温度分布的均匀性；在长时间反复升温降温过程中，该系统的碳纤维带的电阻是否会发生较大变化；以及不同初始温度对升温速率的影响仍有待于进一步研究.

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热化学试验 篇4

涉及某型号密闭式热强度试验系统之试验舱制备方法, 应用于航天领域的模拟试验。

2 背景技术

密闭式热强度试验系统之试验舱是目前较少的用来做密闭式热强度试验的高端设备, 应用于航天领域的模拟试验。经过技术人员与施工人员缜密的分析, 并在实践施工中总结经验, 目前的工艺方法存在着难点如下:

DN8000mm直径的封头的制造;

DN8000mm直径、δ52mm厚度的筒节的组对、焊接;

90个接管的开孔、组对、焊接以及变形的控制;

筒体最大最小直径差的控制;

法兰平面度、垂直度的控制;

3 制备步骤

3.1 封头的制造

封头内径较大, 需要对板材拼接后进行旋压, 在保证材料利用率和行业标准的要求下, 经过多次排版, 并且分瓣进行旋压, 运输到现场后进行最后一道焊缝的拼接, 先固定住两瓣封头, 再进行焊接;

3.2 筒节的组对、焊接

分五瓣儿进行筒体的组对、焊接, 先将短节与长节进行组对、焊接, 先焊接一个胀圈, 将一瓣儿筒节放置在滚轮托架上, 调整好中心高度后, 将胀圈放置在这瓣儿筒节上, 然后利用吊车把第二瓣儿筒节吊起、贴近胀圈与第一瓣儿筒节进行组对, 组对过程中, 由于筒节具有弧度, 很难进行对接, 于是在两瓣儿筒节上焊接工艺吊耳, 利用手拉葫芦把两瓣儿筒节进行组对, 最后定位的过程中, 对两瓣儿筒节进行固定, 测量好椭圆度、棱角度、最大最小直径差后进行定位焊接;

3.3 90个接管的开孔、组对、焊接以及变形的控制

(1) 经过多次排版, 确定了开孔的准确位置后, 制作样板, 利用样板在筒体上进行划线, 气割开孔;

(2) 接管的组对过程中, 为了保证接管的垂直度与平面度, 在接管重心的位置焊接工艺吊耳, 多次测量, 确保准确无误后进行组对、定位;

(3) 焊接时为了控制变形量, 保证接管的圆度, 严格的控制焊接参数;

3.4 筒体最大最小直径差的控制

为了保证筒体最大最小直径差, 在进行两节筒节的环缝组对焊接时, 始终利用胀圈来支撑筒节防止变形, 并且多次测量多点的直径, 确定在行业标准范围内后进行定位、焊接;

3.5 法兰平面度、垂直度的控制

严格的控制焊接工艺参数;利用胀圈支撑;焊接过程中反复测量, 确保在图纸要求范围内继续进行施工;

3.6 无损检测以及耐压试验的控制

(1) 无损检测的控制:采用一个位置二次曝光的方法进行检测, 遇到有缺陷的地方, 检测人员进行标注, 工人进行返修, 待返修结束后再次进行检测, 直至检测合格;

(2) 耐压试验:严格按照行业标准的要求进行耐压试验的操作, 试验过程中, 如果发现不正常现象时, 应立即停止试验, 并分析原因;舱体内部有压力时, 不得对受压元件进行任何修理和紧固螺栓工作;在试验压力下严禁碰撞和敲击试验容器;在确认容器内无压力后方可拆卸试验系统和临时附件。

4 结语

热化学复合酸化技术的研究与应用 篇5

在胜利油田稠油油藏分布十分广泛，稠油油藏经常存在钻井液、粘土、腐蚀产物等无机物和胶质、沥青质、蜡和细菌等有机物堵塞，采用常规酸化工艺对稠油油藏进行酸化解堵时，存在着酸液进入地层易与胶质沥青质含量较高的稠油混合产生沥青质淤渣和酸渣、易造成原油乳化及注入液对储层造成的冷伤害等难题，可能会对储层造成毁灭性二次伤害。为此，开展了热化学复合酸化储层改造工艺技术的研究。

一、热化学复合酸化机理研究

1、热化学复合酸化原理

热化学复合酸化是在酸化施工中分段注入亚硝酸钠与氯化铵的水溶液，让其在地层中接触并发生热化学反应，并在特定催化剂作用下，通过降低反应体系的活化能来控制反应。反应方程式如下：

NaNO2+NH4Cl=NaCl+2H2O+N2↑

在标准状态（即温度T＝298.15K，压力P＝1.01325×105Pa）下，利用反應物标准生成焓的数据计算的到该反应焓变ΔH298=－332.58 kJ/mol，属强放热反应。根据理论计算，10m3 NaNO2剂溶液（3mol/L）和10m3 NH4Cl剂溶液（3mol/L）在标准状态下反应后，可使反应液温度升高119℃，同时可产生约672m3 N2气体。利用该反应体系产生N2气体并放出大量的热，从而保持、甚至提高地层温度，降低原油粘度，防止有机沉淀和酸液冷伤害的产生，有效解除有机物堵塞、沟通裂缝，同时生成的N2也利于残酸的顺利返排。

2、热化学试验

将NaNO2与NH4Cl分别配成6mol/L的溶液，先取等体积的NaNO2溶液和NH4Cl溶液在常温下发生反应，测定反应过程中初、中、终温度，并记录初时、中间及终点温度上升的时间。由NaNO2与NH4Cl反应过程中溶液温度随时间的变化可知，在常压下反应液温度在5min左右很快由30℃升至100℃，90℃以上温度可维持15 min以上。

在热化学处理反应体系中加入与其体积相等的A油田稠油后，观察混油液粘度随时间的变化曲线可知，混油液粘度随着体系温度的升高，在15min内迅速的由320mPa.s降到100mPa.s以内，原油粘度下降幅度非常大，从理论上可以起到，保持甚至提升地层温度，降低原油粘度，防止注入酸液造成冷伤害的作用。

二、热化学复合酸液配方

结合理论分析可以确定热化学复合酸化液配方如下。

1、预处理柴油

柴油+6%互溶剂

2、前置常规酸

15%HCl＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

3、热化学处理剂

A剂：18%NaNO3＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

B剂：14%NH4Cl＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

注：A剂、B剂入井前不得混合。

4、互溶盐酸

20%HCl＋5%HAC＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋6%互溶剂＋2%助排剂＋3%防膨剂

5、后置常规酸

15%HCl＋2%缓蚀剂＋3%铁稳定剂＋1%助排剂＋3%防膨剂；

6、活性水（用于试挤、隔离和顶替）

清水＋3%KCl＋1%助排剂

注入顺序：（在热处理剂注入前后需要加1～2m3的隔离活性水。）

柴油预处理→前置酸→热处理A剂→互溶盐酸→热处理B剂→互溶盐酸→后置酸→顶替

三、现场应用

ZG6井主力层位为沙一段1147-1165m处，岩性为灰色灰黑色油斑生物灰岩，生物以介形虫为主；含油不均油质重，属特稠油油藏。该井2005.5.19日由于供液不足间开，2006.3.6日停井，由郑6-1井和郑6-3井注气恢复液面，日注量5000t/d。该井岩屑录井等解释为灰色稠油斑生物灰岩，原油粘度4089mPa.s/80℃，故酸化工艺方案考虑采用交替挤注热化学处理剂和酸液的方式对地层进行酸化改造，改善地层流动条件，降低地层流动阻力。2006年7月8日对该井进行了酸化，共注入柴油10m3，前置酸10m3，热化学处理剂24m3，互溶盐酸56m3，后置酸9.6m3，施工排量2～2.6 m3/min，泵压5-16MPa，停泵压力8.4MPa。压后放喷、返排，并与2006年7月15日恢复生产，稳产至今，平均日增液13.7t，日增油5.7t。

四、认识与建议

1、热化学实验的研究表明，利用稠油热化学反应产生的热量能够有效降低稠油粘度，同时产生的大量气体也利于残酸的返排。

2、通过注入热处理剂，能够保持甚至提高注入工作液的温度，有效的抑制了因工作液进入地层与稠油混合产生的胶质、沥青质淤渣，对储层造成的冷伤害。

3、热化学复合酸化解堵技术适用于由于钻井液、工作液污染造成地层堵塞和蜡、沥青质等有机物堵塞等因素造成产量下降需要解堵增产的稠油井。

4、由于实验条件的限制，无法开展高温高压和复合条件下的实验，该技术还部分停留在理论基础上，需要进一步开展试验。

5、现场对于热处理剂反应的控制有待于加强，需要从运输、装罐、泵注等方面严格防止热处理剂之间提前接触发生反应，生成气体造成注入泵车气锁，同时造成处理剂损失影响酸化效果。

参考文献：

[1]祝明华．KQTA解堵工艺技术[J]．石油钻采工艺，1995，17（6）：85－88．

[2]赵福林．采油用剂[M]．山东东营：石油大学出版社，1997．

[3]祝明华．中原油田油层化学解堵工艺技术应用现状[J]．油田化学，1996，13（1）：88－92．

[4]石志英．酸性胶束液JS841的性能和应用[J]．石油钻采工艺，1987，9（3）：59—64．

[5]舒玉华．新型砂岩酸化液体系[J]．钻井液与完井液，1995，12（4）：52—55．

[6]罗平亚．储集层保护技术[M]．北京：石油工业出版社，1999．25—26．□

混凝土水化热试验研究 篇6

混凝土在凝结硬化期间水泥发生水化反应放出大量热量, 根据传导原理, 较大体积混凝土内部的热量散发是一个漫长的过程, 水化放热在混凝土内部聚集, 导致混凝土的温度不断上升, 而混凝土表面的温度由于空气的热交换要比内部混凝土多得多, 特别是遇到寒流或气温显著变化时, 内外温差将在混凝土表面引起很大的拉应力;后期的降温冷却过程中, 由于基础或老混凝土的约束, 又会在混凝土内部引起拉应力。当这些拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 即会产生裂缝。因此, 实现对于大体积混凝土施工, 减少水化温升的技术途径可以是: (1) 减少水泥总用量, 以便降低混凝土由于水泥水化引起的温度升高; (2) 掺加矿物外加剂, 如掺加矿粉、粉煤灰等, 在降低混凝土水化温升的同时, 改善混凝土耐久性能, 满足工程施工要求; (3) 降低混凝土在生产过程中原材料入搅拌设备初始温度, 然而在生产中操作难度较大; (4) 加强施工养护, 如采取降温、保温法。

本实验主要研究前两条措施, 采用不同化学外加剂、矿物外加剂并改变其掺量, 试验对比水泥水化放热温升规律, 分析其影响水化放热的因素。

1 粉煤灰对水化热的影响

从图1可以看出, 降低水化热的数量和延长温峰出现时间与粉煤灰的掺量有关, 粉煤灰的掺量越大, 水化热降低的越多, 延长温峰出现的时间越长。这是由于粉煤灰部分取代了水泥, 减少了水泥用量。在水泥水化初期, 粉煤灰并没有参与水化反应。水泥中的粉煤灰颗粒在水泥水化初期是水化生成物的成长场所。随水泥水化的进行, 由于介质中CH浓度加大和向空隙的渗透能力的增强, CH开始与粉煤灰颗粒开始频繁地接触并进行水化反应, 生成CSH凝胶。生成CSH凝胶所放出的热量远远小于C3A和C3S水化反应的放热量, 并且生成CSH凝胶的反应较为缓慢, 需要经历较长一段时间。所以随着粉煤灰掺量的增加水化热降低的也就越大。但是粉煤灰掺量的线性增加并没有引起水化热的线性降低, 而是比线性值更低, 这是因为粉煤灰起到一定的扩散作用, 分散了水泥颗粒, 一定程度上减缓了水化反应, 降低了水化热。

当加入减水剂后, 减水剂的憎水基团定向吸附于水泥质点表面, 亲水基团指向水溶液, 组成了单分子或多分子吸附膜。这就起到以下三方面的作用: (1) 定向吸附使水泥质点表面带上相同电荷, 于是水泥质点分散开来: (2) 由于极性分子吸附在亲水基团使水泥质点的溶剂化层显著增厚, 增加了质点间的滑动能力, 使质点更易于分散; (3) 加入减水剂显著降低水的表面张力和界面张力, 使表面积相应增加, 质点和水溶液的分散度显著增长。由于以上几方面的作用, 加入减水剂抑制延缓水泥水化, 使水泥的早期水化速率减慢, 水化温升降低, 如图1中1#、2#曲线所示。

随粉煤灰掺量增加水化放热规律如图1, 相对不掺粉煤灰, 掺加30% (4#) 粉煤灰放热峰出现时间延长约2h, 最高温度降低10℃左右;掺量达到50% (6#) 最高温度与不掺粉煤灰1#降低约15℃, 但放热峰值出现时间明显滞后达6h。可以看出, 粉煤灰在混凝土中掺量在30%以内能够明显降低混凝土水化热, 此时对混凝土强度及凝结时间影响不大;但掺量达到50%时, 虽然能进一步降低最高温度, 且使放热峰出现时间大幅度滞后, 但由于水化速率过慢, 对混凝土凝结时间及早期强度有较大的负面影响, 在实际施工中不建议采用。

2 矿粉对水化热的影响

从图2可以看出, 随矿粉掺量增加, 水化速率逐渐降低, 水化放热量减小:当矿粉掺量在40%以内时, 如7#、8#最高温峰及出现时间相差不大, 其水化放热量相差无几:当掺量到达60% (9#) 最高温峰出现时间与掺加40%相比相差不大, 但水化最高温峰明显降低, 总放热量进一步减少;当掺量达到80%, 由于取代水泥量过高, 其最高温峰及出现时间明显落后于掺量为60%的拌合料。由以上水化放热规律可以得出, 相对不掺加任何矿物外加剂, 掺加矿粉会降低水泥水化放热量, 减少由于水化温升造成的温度裂缝;矿粉掺量为40%~60%会明显降低混凝土水化热;当掺量达到80%时, 虽然能够大幅度降低混凝土水化热, 但由于过于延长最高温峰出现时间, 会对混凝土凝结时间及早期强度带来不利影响。

3 粉煤灰、矿粉双掺对水化热的影响

⑴当粉煤灰与矿粉掺量相同时, 放热曲线如5#和8#, 我们发现明显掺矿粉的水泥水化速率要高于掺粉煤灰, 出现最高温峰时间矿粉早于粉煤灰, 最高温峰也较粉煤灰高, 说明矿粉发生二次水化反应早于粉煤灰, 即:水化活性SG

⑵当二者复掺取代水泥量为40%时, 与粉煤灰、矿粉各单掺40%比较, 如曲线5、8、12#, 由于粉煤灰水化活性较矿粉差, 矿粉复掺粉煤灰相对单掺矿粉能够降低拌合物水化速率, 然而对于出现最高温峰时间延长较小 (在2h以内) 。

⑶在矿粉取代水泥60%时, 可以看出相对取代水泥40% (单掺或双掺) , 水化最高温峰要明显较低, 然而出现最高温峰时间比单掺40%矿粉略长, 比单掺粉煤灰及复掺要短, 即单掺60%矿粉不会较长时间延长拌合物水化放热时间见曲线8、9#。

⑷当粉煤灰、矿粉双掺达到60%时, 如曲线l3#, 明显看出相比单掺60%矿粉9#, 水化最高温峰基本相同, 但出现最高温峰时间明显延长达5h, 即当取代水泥量达60%时, 掺加20%的粉煤灰能够明显延长拌合物水化放热时间。

综上所述, 在粉煤灰、矿粉双掺取代水泥60%时, 不会降低二次水化反应, 但可以明显延长水化放热时间, 减小拌合物早期集中放热, 在体积较大工程施工中便于热量散发, 减小了由于内部温升较外部过高而产生温度裂缝的几率。

4 缓凝剂对水化热的影响

从图4可以看出, 随着缓凝剂的掺量增加, 水泥的水化热显著降低。这是由于葡萄糖酸钠属于有机类的缓凝剂, 是一种表面活性剂, 对水泥颗粒表面具有较强的活性作用, 能改变水泥颗粒的表面性质。由于水泥颗粒表面的吸附作用, 使水泥悬浮体的稳定程度提高并抑制水泥颗粒凝聚, 因而延缓了水泥的水化和结构的形成过程。表面活性剂除了在水泥颗粒表面被吸附外, 并同样也能吸附在新相的晶体表面上。这种作用必将阻止水泥的进一步水化。整个体系中缓凝剂的掺量越大, 减缓水化的作用越强。葡萄糖酸钠具有较强的缓凝作用, 当掺量从0.02%增加到0.06%时, 最高温升值相差不大, 但缓凝时间明显延长, 在我们做混凝土试验时, 根据适当配合比, 当掺量达到0.06%凝结时间长达3天, 试验得出葡萄糖酸钠最佳掺量为0.03%~0.04%。

参考文献

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997

浅析制动盘热容量试验 篇7

随着城市的发展,人口的增长,轨道交通行业发展迅速,其安全可靠性成为热点,而影响其安全的关键因素是制动性能。为缓解交通压力,轻轨运行速度不断提高。轻轨线路站与站间距较短,制动减速大、制动距离较短、制动比较频繁,对使用盘式制动器的轨道列车来说,研究制动盘的热容量影响因素十分重要。本文结合轻轨运行参数,基于ZLMT 4000/550-I制动器/离合器摩擦性能试验台,通过试验测试方法分析连续三次紧急制动后的试验结果,对比分析两种不同制动闸片对制动盘热容量的影响。

2热容量试验

2.1试验设备

利用制动器惯性试验台实现机动车制动过程,并模拟实车制动的冷却条件。试验台由计算机、液压系统、气压系统、控制系统、主轴及主轴驱动系统、惯量系统等构成,如图1试验设备图。计算机控制试验台的启停并记录试验数据;液压系统和气压系统为试件提供制动压力;控制系统接收计算机控制指令并实施主轴驱动和制动控制;主轴由电机驱动,用于获得制动初速度;惯量系统由不同惯量的飞轮和电模拟惯量构成,可以模拟不同类型车辆的行驶惯量。

2.2温度传感器的安装

制动闸片温度采集选择热电偶传感器,在制动闸片的中心处,钻一通孔,将热电偶测量端固定于孔内,不得松动,偶头距摩擦表面为1.0 mm左右。

由于制动盘安装热电偶,需在盘上钻孔,容易造成制动盘出现裂纹,故制动盘温度采集选择红外线温度传感器。将红外线温度传感器对准制动盘中间摩擦区域,并将红外线温度传感器安装固定,不得松动。

2.3试验方法

2.3.1试验参数

结合厂家提供试验参数,计算试验所需转动惯公式为I=G×r2/i2,以及试验台主轴转速公式为n=2.65×V×i/r(式中I-转动惯量,kg.m2;G-单轴最大载荷,11000kg;r-轮胎滚动半径,0.479m;i-传动比,2.579;n-制动盘转速,r/min),把相关数值代入公式计算得试验转动惯量I=380.0kg•m2。由于轻轨在实际运行过程中的最高车速为60km/h,而理论设计的最高车速为75km/h,故本次容热量试验中选取试验车速60km/h和75km/h,将车速值代入主轴转速公式,分别计算出相应转速为857 r/min和1072 r/min。

2.3.2制动系统安装

制动系统的安装如图2、图3所示。

2.3.3试验条件

制动初速度:60km/h和75km/h;制动盘初温:(40±5)℃;紧急制动气压:0.4MPa;连续紧急制动3次,试验转动惯量380.0kg•m2。

2.4制动闸片的准备

本次试验中选取两种摩擦系数不同的制动闸片,分别标记为1号制动闸片(为进口制动闸片)和2号制动闸片(为国产制动闸片),并且均做过200次以上的磨合试验(车速35km/h,制动气压0.25MPa),制动闸片与制动盘接触面均超过85%。

2.5试验结果

2.5.1 1号制动闸片试验结果

按照规定的试验方法,进行1号制动闸片试验。由电机调速,达到车速60km/h(转速857 r/min),经过三次紧急制动(制动气压0.4MPa)后,制动闸片的温度由34℃升温到54℃,如图4所示;制动盘的温度由42℃升温到187℃,如图5所示。

图5温度变化曲线显示,一次紧急制动过程中制动盘摩擦面的最高温度为75℃,连续两次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至133℃,连续三次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至187℃。

对制动器总成进行风冷(11m/s),当盘温冷却到(40±5)℃时,由电机调速,达到车速75km/h(转速1072 r/min),经过三次紧急制动(制动气压0.4MPa)后,制动闸片的温度由25℃升温到73℃,如图6所示;制动盘的温度由43℃升温到285℃,如图7所示。

图7温度变化曲线显示,一次紧急制动过程中制动盘摩擦面的最高温度为124℃,连续两次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至231℃,连续三次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至285℃。

对1号制动闸片(进口)试验数据进行汇总,见表1。

2.5.2 2号制动闸片试验结果

按照规定试验方法,更换制动闸片,进行2号制动闸片(国产)试验。由电机调速,达到车速60km/h(转速857 r/min),经过三次紧急制动(制动气压0.4MPa)后,制动闸片的温度由33℃升温到96℃,如图8所示;制动盘的温度由40℃升温到182℃,如图9所示。

图9温度变化曲线显示,一次紧急制动过程中制动盘摩擦面的最高温度为139℃,连续两次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至165℃,连续三次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至182℃。

对制动器总成进行风冷(11m/s),当盘温冷却到(40±5)℃时,由电机调速,达到车速75km/h(转速1072 r/min),经过三次紧急制动(制动气压0.4MPa)后,制动闸片的温度由46℃升温到130℃,如图10所示;制动盘的温度由40℃升温到233℃,如图11所示。

图11温度变化曲线显示,一次紧急制动过程中制动盘摩擦面的最高温度为121℃,连续两次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至202℃,连续三次紧急制动过程中制动盘最高温度上升至233℃。

对2号制动闸片(国产)试验数据进行汇总,见表2。

2.6试验数据结果分析

分析采用1号制动闸片(进口)试验过程中制动盘的温度变化,从图5温度变化曲线显示可得出,第一次与第二次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为58℃,第二次与第三次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为54℃。从图7温度变化曲线显示可得出第一次与第二次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为107℃,第二次与第三次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为54℃。

分析采用2号制动闸片(国产)试验过程中制动盘的温度变化,从图9温度变化曲线显示可得出,第一次与第二次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为26℃,第二次与第三次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为17℃。从图11温度变化曲线显示可得出第一次与第二次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为81℃,第二次与第三次紧急制动过程中制动盘摩擦面最高温度的温差为31℃。

(1)经过以上温度变化分析可以得出,轻轨在频繁启动制动过程中造成热量积聚,从而导致制动盘温度升高。温度峰值的差值由58℃减小为54℃;107℃减小为54℃;26℃减小为18℃;81℃减小为31℃。这是由于盘体温度升高,与周围空气温度差加大,导致对流散热量加大。温度峰值始终出现在紧急制动过程中,峰值过后的最高温度的剧降主要是由于热量向盘体内部热传导造成。

(2)通过对制动闸片与制动盘的温度变化曲线分析比较,可看出制动盘与闸片摩擦产生的热能主要由制动盘吸收,同时热能通过制动盘及闸片各界面的对流和辐射传递到空气中。

(3)相同制动闸片下,车速越高,制动盘与制动闸片的最高温度值越大。

3结论

通过本次针对某轻轨制动器进行连续3次紧急制动台架试验的结果分析可以看出,基于试验结果分析可以为制动盘设计、以及制动闸片用材的选取提供试验依据。为盘式制动在城市轨道交通列车中的应用研究提供试验参考,且可以为产品的后期改进提供指导和验证的依据。在实际轻轨运行中应该尽量避免连续三次紧急制动(因为规定最高温度不宜超过300℃,超过300℃,闸片磨损加剧,并可能产生刺鼻烟雾),而在本次试验过程中最高温度达到285℃,满足使用要求。

当然,在后期研究中可以结合有限元软件分析其应力变化,因为制动盘面在制动过程中,其升温、降温交替进行,制动盘的热应力变化剧烈。

参考文献

[1]张立国.城市轨道交通列车3次紧急制动工况下的制动盘热容量仿真[J].城市轨道交通研究,2012,(3):61.

[2]王晓东.北京地铁新线100km/h车辆热容量问题分析[J].铁道车辆,2011,49(3):7-10.

热化学试验 篇8

稠油就地水热裂解降粘是近年来国内外广泛关注的稠油开采新技术。稠油水热裂解反应[1]可使部分稠油分子化学键断裂、平均分子量减小、胶质与沥青质含量降低, 继而稠油黏度降低、品质提高。研究表明稠油水热裂解反应的有效温度通常在240℃左右[2]。但受蒸汽注入量及地层参数等因素的限制, 蒸汽吞吐地层的平均温度一般不超过200℃, 且离注汽井越远温度越低。显然, 在这样的温度条件下, 在远井区很难取得理想的稠油就地水热裂解降粘效果。热化学就地生热可以提升地层温度, 例如利用井下化学生热方法处理井下结蜡取得了良好的效果[3];热化学方法是解除气井蜡质堵塞、毛细管“液锁”堵塞的有效方法[4];对于高凝、稠油油井的压裂, 采用热化学自生热压裂液施工可避免注入流体对储层造成冷伤害[5], 等等。这些实例证实利用热化学提升地层温度可行, 本文对利用热化学就地生热提升地层温度促进稠油水热裂解反应进行了探索。

1热化学生热提高地层温度机理

1.1热化学放热体系

热化学就地生热处理方法主要是利用热化学放热体系在井下或地层中发生放热反应产生大量的热量来加热井眼周围或地层以解决相关生产问题。目前油气田生产中常用的化学放热体系主要有亚硝酸盐与铵盐放热体系、过氧化氢放热体系以及多羟基醛氧化放热体系等[6]。相比较, 亚硝酸盐与铵盐放热体系的摩尔生成焓高、腐蚀速率小、反应产物对绝大多数地层无伤害, 产生的气体对原油生产有利, 且成本不高, 是理想的地层放热提温体系。因此, 本研究选用亚硝酸盐与铵盐放热体系展开。

1.2 NaNO2/NH4Cl生热提温机理

NaNO2与NH4Cl是价廉易得的普通化学试剂, 在一定条件下反应产生大量的热和气体, 其化学反应方程式为:

由 (1) 式可知, 0.5m 3浓度为3mol/L的NaNO2水溶液与0.5m 3浓度为3mol/L的NH4Cl水溶液混合后, 理论上可产生498.8MJ的热量、33.6m 3 (标准状况下) 的N2以及1m 3浓度为1.53mol/L的NaCl水溶液[3]。产生的N2可以提高地层压力、发挥非混相驱替稠油作用, 有利于地层流体的产出以及在井筒内的举升;产生的盐水溶液对大多数油气层无伤害;产生的热量在蒸汽加热地层的基础上可进一步提升地层温度, 有助于稠油就地水热裂解反应的发生。

2 NaNO2/NH4Cl生热提温模拟实验

2.1实验部分

2.1.1主要仪器及材料。

室内模拟实验装置主要由计量泵、活塞容器以及高压反应釜等组成, 见图1。实验中还用到Haake—VT550旋转黏度计、分析天平、层析柱等分析仪器。实验用到的稠油油样、油藏矿物、地层水等均取自辽河油田。油藏矿物为油砂, 将其捣碎, 取粒度为 (150—250) μm的进行实验;地层水与稠油油样取自同一口油井。实验用到的主要药品包括NaNO2、NH4Cl、HCl、NiSO4、四氢萘、正己烷、石油醚等, 均为分析纯试剂。

2.1.2 实验过程

将30 g稠油、5 g地层水、10 g油藏矿物、0.1 g NiSO4、1.5 g四氢萘、1 mL浓度为30%的HCl加入高压反应釜;密封后用氮气进行驱扫;施加2 MPa的压力试压, 确保系统密封;将油浴设定在200℃;打开搅拌器, 反应釜逐渐升温恒定在200℃;考察放热体系对反应的影响时, 通过计量泵向反应釜内注入5 mL浓度为5 mol/L的NaNO2和NH4Cl溶液;记录反应釜的压力、温度随时间的变化;24h后关闭反应釜电源冷却至室温, 取出油样处理后按标准SY/T 5119—1995规定的柱层析法测定族组成, 按标准SY/T 6316—1997规定的方法用Haake旋转黏度计测量50℃、剪切速率为3 s-1的黏度, 并用式 (μ0-μ) /μ0×100%计算降黏率, μ0和μ分别为反应前后油样的黏度。

2.2 实验结果与分析

为考察NaNO2/NH4Cl放热体系对稠油水热裂解反应的影响, 开展了同等条件下不添加放热体系与添加NaNO2/NH4Cl放热体系的对比实验。

2.2.1 放热体系对反应釜温度、压力的影响

添加NaNO2/NH4Cl放热体系后, 反应釜温度随时间的变化情况见图2, 图中的时间从注入NaNO2/NH4Cl放热体系后开始计。从图2可以看出, 反应釜温度恒定到200℃, 注入NaNO2/NH4Cl放热体系后, 反应釜的温度在短时间内迅速上升, 最高达到250℃以上, 并且在相对较长的时间内反应釜温度都保持在240℃左右。可见, 注入NaNO2/NH4Cl放热体系可大幅提升反应釜的温度, 达到了稠油水热裂解反应的有效温度。

添加NaNO2/NH4Cl放热体系对反应釜压力的影响见表1。可以看出, 在未加NaNO2/NH4Cl放热体系的情况下, 反应釜压力在温度恒定到200℃后变化不大。而添加NaNO2/NH4Cl放热体系的反应釜, 在注入放热体系后, 其压力明显增大, 最高值达到了3.94 MPa, 同比未添加放热体系的反应釜压力高出0.71 MPa, 在反应釜温度恢复到200℃后, 其压力仍比未加放热体系的反应釜高了近0.4 MPa, 其原因在于NaNO2/NH4Cl放热体系反应后产生了一定数量的N2。

2.2.2 放热体系对反应后稠油黏度及族组成的影响

不添加NaNO2/NH4Cl放热体系与添加NaNO2/ NH4Cl放热体系的油样反应后黏度与族组成见表2。

从表2可以看出, NaNO2/NH4Cl放热体系促进了稠油水热裂解反应的发生。不添加NaNO2/NH4Cl放热体系时, 反应釜温度最高仅达到200℃, 而稠油水热裂解反应有效温度在240℃左右, 因此在这种情况下, 稠油水热裂解反应的程度很有限, 反应后稠油降黏 率只有6.17%, 稠油的族组成变化不大;而添加NaNO2/NH4Cl放热体系后, 在化学生热的作用下体系的温度升高到了240℃以上, 稠油发生了有效的水热裂解反应, 反应后稠油降黏率达到了46.58%, 稠油中胶质和沥青质含量明显降低, 饱和烃、芳香烃含量明显增加。与文献[7]报道的稠油供氢催化水热裂解80%左右的降黏率相比, 本实验的稠油降黏率要低一些。其原因主要在于, 文献报道的实验在240℃高温条件下反应了相对更长的时间, 而本实验是将反应釜温度设定在200℃, 利用化学放热使反应体系在相对较短的时间内处于240℃左右的温度。但在同等注蒸汽的地层条件下, 热化学剂的注入必将能在蒸汽加热的基础上进一步提升地层温度, 尤其是远井地带的温度, 促进稠油就地水热裂解反应的发生。

3 NaNO2/NH4Cl就地生热提温应用探讨

3.1 现场适用性

3.1.1 注入工艺可行

应用NaNO2/NH4Cl体系生热提升地层温度促进稠油就地水热裂解反应时, 可先注入蒸汽对地层进行预热, 再将水热裂解催化剂及助剂等处理液注入地层, 然后注入NaNO2/NH4Cl体系, 最后用蒸汽进行顶替。

3.1.2 放热速度可调

蒸汽的加热作用可促进NaNO2/ NH4Cl体系的放热反应。另外, NaNO2/NH4Cl体系的反应速度与H+浓度关系密切[3], 可在注入放热体系之前或之后注入酸或碱液来调节放热体系的pH值, 控制其放热速度。

3.1.3 放热位置可控

稠油因其酸性对NaNO2/NH4Cl体系放热反应具有促进作用。因此, 放热体系在稠油聚集位置放热速度较快, 而在稠油饱和度较低的近井区反应速度缓慢。还可以先后将NaNO2与NH4Cl以段塞的形式注入, 以确保在理想的位置尤其是富含稠油的远井地带迅速放热。

3.1.4 对地层无伤害

NaNO2和NH4Cl分别属于弱碱、弱酸或中性, NaNO2与NH4Cl混合溶液近于中性或偏碱性, NaNO2/NH4Cl体系及其反应除放热提温为稠油就地水热裂解反应创造有利的温度条件外, 生成的中性NaCl溶液对地层无伤害, 产生的大量N2对稠油具有非混相驱作用, 有利于稠油的生产。

可见, 采用NaNO2/H4Cl体系就地放热提升地层温度, 促进注蒸汽条件下稠油的就地水热裂解反应具有适用性。

3.2 需要深入研究的课题

理论上, NaNO2/NH4Cl体系就地生热的放热速度和放热“热峰”位置[3]都是可控的, 也是决定利用就地生热提温促进稠油水热裂解反应的关键。在油藏中具体实施热化学放热提温时, 影响热化学放热速度与“热峰”位置的因素很多, 如化学剂浓度、pH值、注入量、注入方式、注入速度、原始地层温度、蒸汽注入史、地层参数等。因此, 在将热化学就地生热提温技术应用到具体地层时, 需要对这些影响因素进行深入分析并对相关操作参数进行优化。

4 结论

通过本文的分析与研究, 得到了如下的结论:

(1) 单纯注蒸汽条件下, 受地层温度限制, 稠油就地尤其是远井地带的水热裂解降黏效果受到很大的影响。

(2) 与未添加放热体系的反应相比, 向反应釜中加入5 mL浓度为5 mol/L的NaNO2与NH4Cl放热体系后, 体系温度从200℃升高到240℃以上, 体系压力增加近0.4 MPa, 反应后稠油降黏率增加了40%左右, 稠油中胶质与沥青质含量明显降低, 饱和烃与芳香烃含量明显增加。注入NaNO2/NH4Cl放热体系可促进稠油就地水热裂解反应的发生。

(3) 分析认为现场应用热化学体系注入工艺可行、放热速度与“热峰”位置可控、对地层无伤害, 实际应用时需要对热化学就地生热提温的影响因素进行深入分析并优化相关操作参数。

参考文献

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[3]吴安明, 陈茂涛, 顾树人, 等.NaNO2与NH4Cl反应动力学及其在油田的应用研究.石油钻采工艺, 1995, 17 (5) :60—64

[4]蒋晓明, 尹启业, 贺素玲, 等.气井热化学解堵技术.断块油气田, 2004;11 (2) :84—85

[5]程运甫, 李延美, 何志勇, 等.自生热压裂液的研制及现场应用.油田化学, 1997;14 (1) :24—27

[6]黄建礼, 巨小龙.三种化学生热体系的研究及在油气田生产中的应用.石油工业技术监督, 2005;1:58—60

钻杆接头摩擦磨损热裂试验研究 篇9

1 试验说明

1.1 试验材料

本文提供的试验材料有3种(表1),分别编号为G1(国产材料)、A1(日本进口材料)和T1(特殊材料)。

1.2 试验方案

(1)在实物磨损试验机上对3种试样施以不同侧向力,进行不同时间试验。

(2)目视检查试样表面裂纹情况,并用高清数码相机照相记录。

(3)对出现热裂裂纹的试样进行显微硬度分析及金相分析。

为正确对比实验结果,3种不同材料按同一试验条件进行实物磨损试验,试验套管采用242.57mm(9讚讌″)P110套管,泥浆为密度1.05g/cm3清水泥浆,接头旋转速度158r/min,套管往复运动速度6.7m/h。

2 试验结果及分析

2.1 试验后试样表面状况

2.1.1 G1试样

在经过侧向力1 490kg/m,时长20min的磨损试验后,试验表面已失去光泽,呈现出较多点状磨痕,这表明试样和套管磨损过程已经开始发生。侧向力增加到4 470kg/m,20min后,试样上部表面能清晰看到摩擦引起的深色条带。当侧向力增加7 450kg/m,20min后,试样表面出现更深的磨痕,且磨痕区域变大。在7 450kg/m侧向力下保持4h的磨擦,试样表面呈深褐色,较为粗糙,在试样上部边缘,出现了众多细小裂纹,裂纹方向为纵向,长度大约5～8mm,间距约1mm,呈环状均匀分布(图1)。初步判定,这些裂纹即为摩擦热裂纹。

2.1.2 A1试样

经过侧向力1 490kg/m,时长20min的磨损试验后,试样表面已经变暗。侧向力升高到4 470kg/m,20min后,整个表面已没有光泽,变得粗糙,靠近上部边缘的地方,有几道明显条带,表明该处磨损更加严重。升高侧向力至7 450kg/m,20min后,试样表面更加粗糙,之前磨损严重的条带变得更宽,数目也增多,由于泥浆渗入表面因摩擦形成的凹坑中,表面磨损较严重的地方呈现深褐色,试样表面还出现一些较亮沿周向延伸的连续斑纹,这是粘着磨损所致,套管材料在摩擦高温下与试样发生了熔焊,残留在了试样上。保持侧向力7 450kg/m,4h后,整个试样表面磨损严重,存在很多微小凹坑,很多地方表面材质已经剥落,但未见G1试样中所见裂纹(图2)。

2.1.3 T1试样

随着加载侧向力的增大和试验时间的延长,试样的表面持续恶化,变得越来越粗糙,特别是在经历7 450kg/m侧向力,4h试验后,试验表面出现众多小凹坑,发亮斑纹也比A1面积更广,这表明T1试样的粘着磨损更严重。另外,T1试样表面未出现明显的环带状区域,说明它的磨损较为均匀。与A1试样一样,在T1试样表面也未发现和G1相似的热裂纹(图3)。

2.2 钻杆接头磨损量

3种材料试样的磨损量如表2所示。从表2中数据可知,试样磨损量均比较轻微,最大为0.38mm,和实际钻进条件相比,试验时间显得过短。

2.3 磨损系数计算

接头和套管摩擦接触后产生的磨损沟槽呈不规则形状,而非理想的月牙状,其宽度和深度随摩擦时间的延长而发生变化,在沟槽的3个不同部位进行测量,并将试验数据及其他参数输入磨损试验机附带数据分析软件,可计算得出相关磨损数据(如磨损深度、磨损体积、摩擦系数和磨损系数等)。3个试样经计算得出的摩擦系数相同,均为0.34。3个试样对套管的磨损系数分别是:G1为16.27,A1为22.16,T1为22.21(单位均为1.4×10-8MPa)。由计算数据也可以得出3个试样对套管的磨损深度随试验时间的变化曲线(图4)。

从图4可以看到:随着试验时间的增加,套管磨损量不断增大;初始时虽然侧向力和加载时间都不大,但磨损深度增加的都很迅速,时间延长,侧向力加大后,磨损深度增加幅度呈放缓态势,这主要是因为随着磨损过程的深入,套管和试样的接触面积越来越大,摩擦系数降低,磨损量减小,磨损速率也逐渐趋于稳定。3种试样的摩擦性能存在差异,在相同实验条件下,G1试样明显比A1和T1试样更耐磨,如果排除人为试样装卡和试验用套管微小差异等原因,可以断定引起上述差异的原因为试样材质或组织结构的不同。

2.4 热裂纹的形貌

为了对G1试样中出现的热裂纹进行深入分析,从G1试样上切割包含裂纹的小块材料,进行金相试验。在金相显微镜下观察,共看到7条裂纹,裂纹最长约200μm,走向大致与试样表面呈45°角,裂纹典型形貌如图5所示。图5(a)中包含1条裂纹,图5(b)则是无裂纹情况下的组织。从图5中可以看出,磨损试验之后,试样的组织发生了改变,仅影响到表层约200μm的深度。

2.5 磨损后显微硬度的变化

为了考察磨损试验对试样硬度的影响,从G1试样上取样进行了显微维氏硬度试验。根据试验数据可以绘出对应硬度曲线(图6)。曲线横坐标为距试样表面距离,纵坐标为测试点显微维氏硬度值。从该曲线上,可以清楚地看到:从表面至距表面0.17mm处,硬度值逐渐下降,从初始的HV0.2值405降至313,之后随着距离增大逐渐趋于稳定,虽有小范围波动,但大致在330左右。该曲线反映出了硬度的变化趋势,即在试样表层约0.2mm深度内硬度逐渐降低,之后变化幅度不大,趋于稳定。结合硬度值,可以断定:最表层白亮组织是一种复杂的多相的高弥散组织,应该以马氏体为主,这是试样与套管摩擦过程产生的大量热量将表层组织加热至相变点以上,随之经泥浆快速冷却(这相当于二次淬火)所形成,HV0.2值应该可达700以上;过渡层为超高温回火层,这是摩擦热未超过材料相变温度,但超过材料回火温度的产物,该组织会使材料硬度降低,甚至小于基体硬度;由于摩擦热影响范围有限,内部基体组织未达到回火或相变温度,因而依旧保持着在制造过程中淬火+回火所形成的索氏体组织,HV0.2值330左右。

3 结论

通过对3种不同材料钻杆内螺纹接头试样进行实物磨损试验,并用多种手段对试验结果进行分析讨论,得出以下结论:

(1)G1试样在经历侧向力1 490kg/m、4 470kg/m和7 450kg/m各20min,随后保持侧向力7 450kg/m时长4h的磨损试验后,表面局部区域出现摩擦热裂纹。在上述相同条件下,A1和T1试样未产生热裂纹。

(2)试验后,G1试样磨损量为0.14mm,A1试样磨损量为0.38mm,T1试样磨损量为0.30mm。

(3)3个试样对套管的磨损系数:G1为16.27A1为22.16,T1为22.21(单位均为1.4×10-8MPa)。G1试样对套管的磨损量远小于T1和A1试样。

(4)侧向力对热裂有重要影响,增大侧向力可以显著缩短产生热裂纹的时间,井身狗腿度大、接头受侧向力就大,容易发生摩擦热裂。材质本身性能对热裂有一定影响。

(5)通过降低狗腿度,优化结构等方式可以降低侧向力,进而减轻热裂倾向[1]。改进材料化学成分和组织结构,可能改善其抗热裂性能。提高材料横向冲击性能,能阻止摩擦热裂纹的扩展。

摘要：为探讨钻杆接头与套管或井壁之间的摩擦磨损机理,研究不同载荷下不同材料所承受压力的分布规律,利用实物磨损试验机,在相同的试验条件下,对3种不同的钻杆接头材料进行了磨损试验,并进行试验结果分析。

关键词：钻杆接头,磨损,侧向力,金相,硬度

参考文献

热化学试验 篇10

本节内容选自高中化学选修4第一章第三节。新课标对本节内容的要求是：“能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算”。建议课时：1课时。

《化学反应热的计算》是必修2和选修4前两节知识的延续与提升，该部分的重点是盖斯定律的相关知识。前面已经介绍了热化学的基本理论和概念，也引导学生定性地感受了反应热。在此基础上，介绍盖斯定律，把化学反应中能量变化的定性分析变成了定量分析。从定量的角度进一步认识物质发生化学反应伴随的热效应。

该部分知识是课改新增的一个知识，所以一直是高考的热点，近年各地高考题均会出现相关题目。如2014年全国新课标卷II第13题，北京卷第26题，海南卷13题江苏卷第10题等。

二、学生情况分析

在前期的学习中，学生对键能与反应热、化学能与反应热，以及反应热与物质的量的关系，燃烧热、中和热等知识已经有了一定程度的了解。这些知识的掌握，为本节课的学习奠定了基础。但是学生对于用计算的方式间接地获得某些反应的反应热还不是很了解。

基于以上分析，本节课的教学目标和重难点确定为：

三、教学目标及重难点分析

（一）教学目标分析

1、知识与技能目标

（1）理解盖斯定律的涵义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

（2）能利用热化学方程式进行有关反应热的简单计算;

2、过程与方法目标

（1）通过对盖斯定律的涵义的分析和论证，培养学生分析问题的能力;

（2）通过盖斯定律的有关计算，培养学生的计算能力。

3、情感态度与价值观目标

（1）通过对盖斯定律的发现过程及其应用的学习，感受化学科学对人类生活和社会发展的贡献，激发学生参与化学科技活动的热情。

（2）树立辩证唯物主义的世界观，帮助学生养成务实、求真、严谨的科学态度。

（二）教学重难点分析

1、盖斯定律的涵义和根据盖斯定律进行反应热的计算;

2、根据热化学方程式进行反应热的计算

四、教法分析

该节内容属于化学理论知识，比较抽象、难懂。所以教学过程中要想办法调动学生的积极性。让学生参与课堂，体现学生主体、教师主导的思想。在教学过程中使用到以下教法：

1、学案导学法——引导学生提前预习，帮助学生确定本节课学习重点，以达到上课预期的目的

2、类比法——创设问题情境，以学生从操场到教室，可选择多种路线为例，从途径角度理解盖斯定律

3、推理法——从能量守恒角度理解盖斯定律

4、实践训练法——例题分析、当堂训练

5、小组合作探究法——小组合作，调动学生的积极性，是学生参与到课堂，成为课堂的主人。

五、学法分析

在本节课的学习中，采用教与学互动，引导学生有目的地思考，通过分析——对比——讨论——总结——实践的方式，使学生学会获取知识、加工知识，并掌握应用知识的方法。

六、教学过程

1、利用学案，引导学生自主探究

课前给学生准备学案，让学生根据学案进行预习。学案上列举多种计算反应热的习题，让学生课后小组探究，进行分类。学生很容易就将习题分为几大类：利用反应物和生成物键能进行计算的;利用热化学方程式进行计算的;由多个反应计算。前两类学生根据已有的知识都能计算出来，只有最后一类，是以前没有接触过的，所以最后一类就是本节课的学习的重点，学生也会将注意力放在重点内容的学习上。

2、知识铺垫：

与旧知识“燃烧热”相衔接，减少学生的陌生感，提出问题

下列数据△H1表示燃烧热吗？

H2（g）+1/2O2（g）==H2O（g） △H1=-241.8kJ/mol

那么，H2的燃烧热△H究竟是多少？如何计算？

已知：H2O（g）==H2O（l） △H2=-44kJ/mol

學生很容易就会得出：

H2（g）+1/2O2（g）==H2O（l）

△H=△H1+△H2=-285.8kJ/mol

这样做既复习了燃烧热的概念及其计算，又激发了学生的认知情绪，还为新知的掌握做铺垫。

3、创设问题情景，讲解盖斯定律

在学习盖斯定律的时候，采用创设以下问题情境的方式：“C（s）+1/2O2（g）=CO（g）的反应热如何获得呢？”引发学生的研究兴趣，引导学生自主探究。

要求学生掌握盖斯定律的涵义，以及盖斯定律的应用（反应热的计算方法）。了解若一个化学反应方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而得到。

另外，还可以通过反应进程中能量变化的图像来帮助学生理解盖斯定律。

在盖斯定律的理解上，从途径的角度帮助理解，来加深对盖斯定律的理解

4、例题的讲解。注意计算教学过程中的规范化。

在学生理解盖斯定律的基础上，通过例题讲解有关盖斯定律的计算。该部分内容综合性较强，一定要注意教学过程中的规范化，尽量引导学生明确解题模式：审题→分析→求解。

5、归纳总结

如对于盖斯定律这一概念教学当中，到最后需要进行归纳总结得出如下结论，反应物A变为生成物D，可以有两个途径：①由A直接变成D，反应热为ΔH;②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别是ΔH1、ΔH2、ΔH3。如下图所示：

6、加强练习，及时巩固，形成良好的书写习惯

将学案中的习题作为课堂练习，发现问题并及时解决。巩固、落实了知识、锻炼了计算技能。还可以补充煤、石油、天然气燃烧的反应，这些物质燃烧时，其ΔH的数值都很大，进一步认识煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料。唤起学生资源利用和环境保护的意识和责任感。

七、教学资源建议

（一）使用学案，补充适当练习，及时发现问题，及时解决，这也是计算性课型的一个基本特点。通过练习，加深对概念本身的理解和加强概念的应用。

（二）充分利用多媒体教学资源

充分利用教材所给的图示，也可以采用电教化手段，利用多媒体软件进行形象化教学，帮助学生理解以下难于理解的抽象知识，比如对盖斯定律进行形象化的说明。

（三）可引用大量的生活中的事例

理解盖斯定律时，可用爬山或者是学生从家到学校可选用多种途径为例。

八、教学反思

热化学试验 篇11

随着化石能源的日趋枯竭及其对环境造成的严重污染, 开发利用可再生洁净能源成为当今社会亟待解决的问题。在多种可再生能源中, 光伏因具有取之不尽用之不竭、清洁无污染、可大范围使用等优点而成为国内外关注的焦点。在光伏的开发利用中, 其主要用途是发电, 目前国内外针对光伏发电技术已进行了广泛的研究, 并逐步实现了产业化。而对于太阳热能发电系统来说, 为验证其性能指标是否满足技术要求, 一般均需对其进行性能试验, 而相应的试验负载是进行该项试验必不可少的设备。文中针对光伏发电装置的试验要求, 介绍了该负载系统的硬件结构及软件设计方法, 并研制了相应的硬件装置, 实验表明, 该负载系统各项性能指标满足技术要求, 具有较好的应用价值。

二、光伏发电可调试验负载系统总体结构

光伏发电装置由于采光强弱的不同而导致其输出电压变化大, 其试验负载可根据发电装置的输出特性自动调节其负载大小以实现发电装置的输出电压稳定在一定范围内。该试验负载的总体结构如图1所示, 主要由电压/电流检测模块、可调试验负载控制电路、可调试验负载主电路及16级电阻负载等组成。其中电压/电流检测模块检测发电装置输出的三相电压/电流并将其传送给可调试验负载控制电路, 由控制电路将其与相应的预设值进行比较, 经相关运算处理后输出控制信号以控制主电路中继电器的状态, 以实现负载功率的自动调节。

三、系统硬件电路设计

可调试验负载系统硬件电路基本构成如图2所示。该电路包括主控器、电压/电流检测模块及人机交互设备等环节。其中主控器采用PLC, PLC具有抗干扰能力强、性能稳定等特点;电压/电流检测模块采用WB5110-D谐波分析仪, 该分析仪采集三相线电压和线电流值并传送给主控器;人机交互设备采用OP310-A文本显示器, 通过该显示器可设定输入给定参数、实时显示各种运行数据等。

四、系统软件设计

该负载系统主控器的基本功能是:通过读取谐波分析仪输出的三相线电压/线电流信号, 并与相应的设定值进行比较, 输出控制信号以控制各组负载的中间继电器状态, 以实现负载大小的自动调节, 从而使发电装置输出电压维持在要求的范围内, 同时该系统还具有系统参数设置、运行状况显示及系统故障实时诊断等功能。相应的控制软件包括主程序与子程序模块, 其基本功能分别介绍如下:

1. 主程序模块

主程序模块的基本功能是完成系统初始化及对子程序的调用, 其工作流程如图3所示。系统上电后, 先进行初始化, 然后从谐波分析仪和文本显示器分别读取三相线电压/线电流实际值与相应的设定值, 同时检测是否有故障发生, 如果正常, 则计算负载通/断的数量与顺序, 并输出相应的控制信号;如果检测到有故障发生, 则判断故障类型, 并给出相应的故障报警与处理措施。

2. 子程序模块

子程序模块完成读取在线修改的参数的功能, 其相应的工作流程如图4所示。当系统检测到文本显示器有按键按下时, 则系统输出保持不变, 系统识别该控制键的代码并修改对应的参数, 之后如检测到确定键按下, 则系统恢复正常工作。

五、样机实验

根据上述研究设计, 研制了相应的实验样机, 其中负载电阻采用三角形连接, 每个电阻功率为1k W, 每组则为3k W, 共16组构成。将该负载结合发电装置进行实际带负载测试, 试验结果如下:

设发电装置的额定输出功率为36k W, 最大输出功率为48k W, 额定输出电压为380V, 允许电压调节范围AC375V~385V。调节发电装置输出电压的大小, 记录负载电阻接通的数量及相应的输出功率, 相关数据如表1所示。

由表1可见, 当发电装置输出电压发生变化时, 其负载将根据输出电压的大小自动进行调节, 使负载大小与发电装置输出功率基本匹配,

六、结论

本文介绍了发电装置可调试验负载的总体构成及其工作原理, 阐述了系统硬件及软件设计方法, 并研制了相应的实验样机, 通过将该实验样机实际进行运行测试, 其各项性能指标均达到了技术要求, 具有一定的应用价值。

参考文献

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