液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)理念及功能
2024-07-01 06:35
一、實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)理念
液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置主要由以下幾個(gè)部分組成：換熱容器、溫控系統(tǒng)、測(cè)量與控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)對(duì)不同流體之間的傳熱性能進(jìn)行對(duì)比研究，以期為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。
1. 換熱容器
換熱容器是實(shí)驗(yàn)裝置的核心部分，其作用是提供一個(gè)封閉的空間，使兩種不同溫度的流體在特定的條件下進(jìn)行熱量交換。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，換熱容器可以采用不銹鋼材質(zhì)制作，具有結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕、易于清洗等優(yōu)點(diǎn)。
2. 溫控系統(tǒng)
溫控系統(tǒng)主要用于控制換熱容器內(nèi)的溫度，以保證實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。溫控系統(tǒng)可以采用智能溫度控制器，通過(guò)微電腦對(duì)換熱容器內(nèi)的溫度進(jìn)行精確調(diào)控。此外，為了避免因環(huán)境因素導(dǎo)致的溫度波動(dòng)，溫控系統(tǒng)還可以配備恒溫水浴或者加熱器等輔助設(shè)備。
3. 測(cè)量與控制系統(tǒng)
測(cè)量與控制系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換熱容器內(nèi)的溫度、流量等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)。測(cè)量與控制系統(tǒng)可以采用壓力傳感器、流量計(jì)、溫度傳感器等多種傳感器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全面監(jiān)控。同時(shí)，為了方便操作人員對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)量與控制系統(tǒng)還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)界面進(jìn)行可視化展示。
4. 數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)
數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)主要用于對(duì)收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以揭示液-液換熱過(guò)程中的各種規(guī)律。數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)可以采用專業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件，如MATLAB/Simulink、Python等，通過(guò)數(shù)值模擬、統(tǒng)計(jì)分析等方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。此外，為了提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)還可以采用多通道數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)記錄儀等輔助設(shè)備。
二、實(shí)驗(yàn)裝置的具體構(gòu)成及功能
液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置主要包括以下幾個(gè)部分：
1. 換熱器模塊：用于實(shí)現(xiàn)不同溫度流體之間的熱量傳遞。換熱器模塊可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求選擇不同的結(jié)構(gòu)形式，如板式換熱器、螺旋板式換熱器等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到流體的物性參數(shù)、流速范圍等因素，以確保換熱器的高效運(yùn)行。
2. 溫度傳感器模塊：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)換熱器內(nèi)的溫度變化。溫度傳感器模塊可以選擇不同類型的溫度傳感器，如紅外線傳感器、熱電偶等。在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)充分考慮其精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等因素。
3. 流量計(jì)模塊：用于測(cè)量流體的流量大小。流量計(jì)模塊可以選擇不同類型的流量計(jì)，如渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等。在選擇流量計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮其測(cè)量范圍、精度、抗干擾能力等因素。
4. 數(shù)據(jù)采集與處理模塊：用于實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其傳輸至數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與處理模塊可以選擇不同的數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)接口等設(shè)備，以滿足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。
5. 控制系統(tǒng)模塊：用于對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)�？刂葡到y(tǒng)模塊包括硬件設(shè)備和軟件程序兩部分，通過(guò)它們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱器模塊、溫度傳感器模塊、流量計(jì)模塊等設(shè)備的集中控制和管理。
三、結(jié)語(yǔ)
液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置作為一種研究液-液換熱現(xiàn)象的重要工具，在學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐方面具有廣泛的應(yīng)用前景。通過(guò)對(duì)不同流體之間的傳熱性能進(jìn)行對(duì)比研究，可以為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。在未來(lái)的研究中，我們將繼續(xù)優(yōu)化和完善液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和功能，以滿足更高效、更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)需求。
DB-YH116/II 數(shù)字型液-液換熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置
| 技術(shù)指標(biāo) | 說(shuō) 明 | |||
| 裝置特點(diǎn) |
1、整個(gè)裝置美觀大方，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，整體感強(qiáng)，具備強(qiáng)烈的工程化氣息，能夠充分體現(xiàn)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室的概念。 2、設(shè)備整體為自行式框架結(jié)構(gòu)，并安裝有禁錮腳，便于系統(tǒng)的拆卸檢修和搬運(yùn)。 3、本裝置選擇采用普通換熱器與列管換熱管，進(jìn)行兩種換熱形式的效果對(duì)照，采用間壁式換熱方式進(jìn)行換熱。 4、雙水泵主副回路設(shè)計(jì)，新鮮水補(bǔ)充與廢熱水循環(huán)設(shè)計(jì)，逆流并流換熱流程切換，更貼近工業(yè)應(yīng)用實(shí)際。 5、采用多組加熱管預(yù)熱系統(tǒng)，加熱速度快而均勻，預(yù)熱器電壓調(diào)節(jié)，鉑熱電阻+可控硅+加熱管作為熱流體溫度的主控手段。 6、冷熱水箱均有蓋密封，且配有水位高度顯示裝置以便于觀察水位變化，并具有上下水功能；冷水箱的水位能自動(dòng)控制。 7、裝置設(shè)計(jì)可360度觀察，實(shí)現(xiàn)全方位教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。 |
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| 裝置功能 |
1、掌握套管對(duì)流傳熱系數(shù)的測(cè)定方法，加深對(duì)其概念和影響因素的理解，應(yīng)用線性回歸法，確定關(guān)聯(lián)式中常數(shù)A、m的值。 2、掌握列管傳熱系數(shù)Ko的測(cè)定方法。 3、全觸摸集成化控制，高穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸，硬件加密。 |
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| 基本配置 |
液體流量： 0.16-1.6 m3/h，溫度：常溫-60℃、常壓操作。 雷諾準(zhǔn)數(shù)Re：104—5*104，努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nu：40-120，普蘭德準(zhǔn)數(shù)Pr：0.7。 對(duì)流傳熱系數(shù)αi：500-1500 W/m2·℃。 |
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| 公用設(shè)施 |
水：裝置自帶304不銹鋼自動(dòng)蒸汽發(fā)生器，連接自來(lái)水，實(shí)驗(yàn)時(shí)水蒸氣進(jìn)入換熱器。 電：電壓AC220V，功率4.0kW，標(biāo)準(zhǔn)三相四線制。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室需配置1~2個(gè)接地點(diǎn)（安全地及信號(hào)地）。 氣：空氣來(lái)自風(fēng)機(jī)（自帶氣源）。 實(shí)驗(yàn)物料：水，外配設(shè)備：無(wú)。 |
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| 主要設(shè)備 |
1、套管換熱器：內(nèi)管內(nèi)徑d=18mm，內(nèi)管外徑De=20mm（紫銅管)。外管內(nèi)徑d=52mm,外管外徑De=57mm（304不銹鋼管），管長(zhǎng)1100mm。 2、列管換熱器：熱流體走管內(nèi)，冷流體走管間。換熱管規(guī)格 Ф12×1.5 mm ，共13根，長(zhǎng)1000mm。 3、熱水泵：304不銹鋼離心泵：功率370W。 4、冷水泵：304不銹鋼離心泵：功率370W。 5、冷、熱水流量：DN12渦輪流量計(jì)，流量范圍0.1～2.0 m3/h，4-20mA遠(yuǎn)傳輸出，流量檢測(cè)機(jī)構(gòu)。 6、加熱水箱：304不銹鋼材質(zhì)，容積70L,帶貯水排空底閥,配備液位顯示裝置，內(nèi)置不銹鋼加熱器：加熱功率3.0KW。 7、冷水箱：304不銹鋼材質(zhì)，容積70L,帶貯水排空底閥，配備液位顯示裝置；并配備冷水箱入口浮球閥，以保證水箱水位恒定。 8、熱流體進(jìn)出管：304不銹鋼材質(zhì)，DN15，帶保溫層。 9、管路：304衛(wèi)生級(jí)不銹鋼材質(zhì)，采用不銹鋼快裝與管路連接。 10、閥門：采用304不銹鋼閥和優(yōu)質(zhì)銅閥。 11、溫度傳感器：Pt100，304不銹鋼殼體，顯示分度 0.1℃。 12、電器：接觸器、開關(guān)、漏電保護(hù)空氣開關(guān)。 13、中央處理器：執(zhí)行速度0.64μs，內(nèi)存容量16K，功能：數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。 14、模擬模塊：高達(dá)16位分辨率，總和精度±0.5%，內(nèi)建RS485通訊模式。 15、溫度模塊：分辨率0.1℃，精度0.5%，內(nèi)建RS485通訊模式。 16、顯示終端：采用一體機(jī)平板觸摸電腦，全程數(shù)字化觸摸屏控制操作。HMI：投射式觸控技術(shù)，5000萬(wàn)次觸摸點(diǎn)，內(nèi)存4G，功能：中央處理器數(shù)據(jù)顯示控制。 17、外形尺寸：2000×550×1800mm（長(zhǎng)×寬×高），外形為可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無(wú)焊接點(diǎn)，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪。 18、工程化標(biāo)識(shí)：包含設(shè)備位號(hào)、管路流向箭頭及標(biāo)識(shí)、閥門位號(hào)等工程化設(shè)備理念配套，包含安全警示標(biāo)識(shí)，使學(xué)生處于安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境中，學(xué)會(huì)工程化管路標(biāo)識(shí)認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念。 19、配套測(cè)控軟件可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線采集顯示數(shù)據(jù)、曲線及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。通過(guò)WIFI技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端覆蓋。 |
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| 測(cè)控組成 | 變量 | 檢測(cè)機(jī)構(gòu) | 顯示機(jī)構(gòu) | 執(zhí)行機(jī)構(gòu) |
| 冷流體進(jìn)、出口溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 無(wú) | |
| 熱流體進(jìn)、出口溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 無(wú) | |
| 冷流體流量 | 渦輪流量計(jì) | 觸摸屏 | 手動(dòng)調(diào)節(jié) | |
| 熱流體流量 | 渦輪流量計(jì) | 觸摸屏 | 手動(dòng)調(diào)節(jié) | |
| 加熱箱溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 固體調(diào)壓模塊 | |