燃烧热测定实验的改进与探索

2024-01-25张云佳顾子迪乔建仙包河彬

中国储运 2024年1期

文/张云佳顾子迪乔建仙包河彬

利用胶囊实现对液态油品燃烧热的测量，同时通过编写燃烧热自动测定软件，实现温差数据实时采集、实验数据雷诺图分析校正、实验结果自动计算等功能，对物理化学实验中燃烧热的测定实验（氧弹法）进行改进。

1.燃烧热实验概述

燃烧热（ΔcHm）是指物质与氧气进行完全燃烧（氧化）反应时放出的热量，是热化学中重要的基本数据。它一般用单位物质的量、单位质量或单位体积的燃料燃烧时放出的能量计量。目前，实验室测定物质燃烧热的方法，主要是使用氧弹式燃烧热测定方法，该法是把一定量的样品放在充有高压纯氧的密闭弹筒（即氧弹）中完全燃烧，并使其燃烧放出的热量通过弹筒传递给水及仪器系统，再根据水温的变化计算出样品的发热量。测量物质的燃烧热是工业生产和研究中进行热值分析的基本方法，同时也是大学物理化学实验中的一个基本的热力学实验，是化学热力学实验不可或缺的基本内容之一[1]。

2.对传统燃烧热测定实验方案的改进

本研究主要探索和改进物理化学实验中燃烧热的测定方法（氧弹法），使用胶囊对油品进行燃烧热的测定，并基于实验仪器硬件进行二次开发，编写了燃烧热自动测定软件，从而实现对于油品燃烧热的快速测定。

2.1实验设备及药品。氧弹式量热计（SHR-15，南京桑力公司），精密数字温度温差仪（SWC-ⅡD，南京桑力公司），计算机，电子天平，镍丝，胶囊。苯甲酸（A.R.分析纯），93#汽油，0#柴油，航煤。

2.3实验软件。根据油品燃烧热测试需求，基于南京桑力实验硬件（SHR-15氧弹式量热计、SWC-IID精密数字温度温差仪），自行编写开发的实验软件（由于仪器硬件限制，需手动点火），可实现温差数据实时采集、实验雷诺图分析、实验结果自动计算功能。

2.3液体燃烧热测定的测定过程。实验采用胶囊盛装油品，点火丝嵌在胶囊中，增加了点火丝与油品的接触面积，使点火丝能与油品充分接触，从而提高了点火成功率和实验效率。（1）测量胶囊热值：称取胶囊，将燃烧丝缠于胶囊中部，在氧弹中加入10m l蒸馏水，按之前步骤测量热值后，平行3次实验结果作为胶囊的平均热值。（2）测量油品热值：以胶囊作为装样容器，称取胶囊后将待测液体滴入胶囊中，扣紧密闭。实验步骤与之前相同，测量混合体系的热值，计算出样品的燃烧热值，平行3次实验结果作为样品的平均热值。

3.对燃烧热测定实验控制软件改进

3.1精密数字温度温差仪通讯协议分析、数据解析与转换。SWC-IID精密数字温度温差仪采用BCD码进行数据传送，基于RS232串口发送数据。由其通讯协议可知，当软件与下位机开始通讯后，下位机温差仪会持续向上位机发送数据，因此需要通过软件从原始数据中提取需要的数据帧，根据通讯协议可知数据帧的帧头为0xFF，帧长度为14，以此为判定规则，提取得到一帧完整的实验数据，如FF800A090105070A000901000000。温差数据ΔT如图1所示，由于温差数据为BCD码格式，因此直接将数据拼接即可，则温差数据值为+09157，小数点位数为3，最终的温差数据ΔT为9.157℃。同理，解析温度数据T如图2所示，由于温度数据同样为BCD码格式，因此直接将数据拼接即可，则温度数据值为+00910，小数点位数为2，最终的温差数据T为9.10℃。

图1 温差数据ΔT解析

图2 温度数据T解析

图3 燃烧热曲线求导划分实验区间

图4 燃烧热实验温差数据曲线区间划分

图5 基于室温确定I点

图6 基于I点确定A点和C点

图7 校正后的温差值ΔT校正

3.3燃烧热实验软件的改进编写。根据以上通讯协议、温差校正算法和燃烧热计算公式，使用Pascal语言编写实验软件。软件的总体架构设计如图8所示，TRS232Controller类用于控制温差仪的串口通讯和数据采集，TRSEm uController类可实现脱机时的模拟采集功能，即软件可以在不连接温差仪的情况下进行操作，模拟实验过程数据采集情况，该功能主要用于软件的演示和培训使用。软件界面采用Docking方式进行设计，即所有功能组件均以Docking方式加载到主窗体中，双击每个功能组件的标题栏，该组件可转变为一个独立的窗口程序，软件主界面如图9(a)所示。此外，软件的“实验曲线”页面可实时绘制燃烧热实验数据曲线（可同时采集温差数据和温度数据）；“数据监控”页面可实时显示采集到的原始实验数据，便于实验人员检查实验数据；“数据处理”页面主要用于最后的实验数据处理和计算，得到最终的燃烧热实验结果，如图9(b)所示。