換熱器綜合實(shí)驗(yàn)說明書

1、過程設(shè)備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)裝置說明書一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 :（1）離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)                （2）換熱器殼體應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) （3）換熱器換熱性能及流體傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)（4）換熱器管程和殼程壓力降測(cè)定實(shí)驗(yàn)   （5）離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn) （6）離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)        （7）換熱器出口恒溫度控制實(shí)驗(yàn)（8）實(shí)驗(yàn)管路特性曲線測(cè)定（9）文丘

2、里流量計(jì)標(biāo)定二過程設(shè)備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)裝置基本配置：表一、實(shí)驗(yàn)裝置基本配置表：符號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格數(shù)量P101冷水多級(jí)立式離心泵CDLF2-130FSWSC H=98m ，Q=3.5m3/h1臺(tái)P102熱水不銹鋼臥式離心泵WB50/025 1臺(tái)E101不銹鋼固定管板換熱器換熱面積F=0.91m21臺(tái)VA101左放空閥球閥1個(gè)VA102右放空閥球閥1個(gè)VA103左管殼入水閥球閥1個(gè)VA104右管殼入水閥球閥1個(gè)VA105左管內(nèi)入水閥球閥1個(gè)VA106右管殼入水閥球閥1個(gè)VA107左管殼出水閥球閥1個(gè)VA108左管內(nèi)出水閥球閥1個(gè)VA109右管內(nèi)出水閥球閥1個(gè)VA110右管殼出水閥球閥1個(gè)VA11

3、1旁路調(diào)節(jié)閥球閥1個(gè)VA112換熱器放水閥球閥1個(gè)VA113電動(dòng)調(diào)節(jié)閥Dg25、Pg161臺(tái)VA114冷水回水閥球閥1個(gè)VA115冷水排水閥球閥1個(gè)VA116冷水槽放水閥球閥1個(gè)VA117熱水槽放水閥球閥1個(gè)V101冷水箱不銹鋼1V102熱水箱不銹鋼1F101冷水渦輪流量傳感器LWY-251F102熱水渦輪流量傳感器LWY-251F103文丘里流量計(jì)11-換熱器壓力1 (Kpa)2-換熱器壓力2 (Kpa)3-換熱器壓力3 (Kpa)4-換熱器壓力4 (Kpa)AI704B24VS11-換熱器溫度1 ()2-換熱器溫度2 ()3-換熱器溫度3 ()4-冷水箱溫度 ()AI704BS11-立式泵

4、電機(jī)功率 (Kw)2-文丘里流量計(jì)壓差 (KPa)AI702B24VS1換熱器溫度4 ()AI519B24VS1立式泵出口壓力(Kpa)AI501B24VS1立式泵入口壓力(Mpa)AI501B24VS1冷水流量(m3/h) AI719B24VS1熱水箱溫度()AI501BS1熱水流量(m3/h) AI501B24VS1壓力傳感器LKWYD6支電阻應(yīng)變儀CM-1L-161套數(shù)顯儀表AI501B24VS6套數(shù)顯儀表AI704B24VS2套電器空氣開關(guān) 接觸器1套計(jì)算機(jī)CPU酷睿1.6G、內(nèi)存1.0G、硬盤160G、DVD光驅(qū)，17”液晶顯示器1套圖一、過程設(shè)備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖三

5、、實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖：圖三、實(shí)驗(yàn)裝置面版圖四、實(shí)驗(yàn)原理：（1）離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)離心泵是最常見的液體輸送設(shè)備。在一定的型號(hào)和轉(zhuǎn)速下，離心泵的揚(yáng)程H、軸功率及效率均隨流量Q而改變。通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出HQ、NQ及 Q關(guān)系，并用曲線表示之，稱為特性曲線。特性曲線是確定泵的適宜操作條件和選用泵的重要依據(jù)。泵特性曲線的具體測(cè)定方法如下： a)、 H的測(cè)定： 在泵的吸入口和壓出口之間列柏努利方程 （1）上式中是泵的吸入口和壓出口之間管路內(nèi)的流體流動(dòng)阻力(不包括泵體內(nèi)部的流動(dòng)阻力所引起的壓頭損失)，當(dāng)所選的兩截面很接近泵體時(shí)，與柏努利方程中其它項(xiàng)比較，值很小，故可忽略。于是上式變?yōu)椋?（2） 將測(cè)得的和的值以

6、及計(jì)算所得的u入，u出代入上式即可求得H的值。b)、 N的測(cè)定： 功率表測(cè)得的功率為電動(dòng)機(jī)的輸入功率。由于泵由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，傳動(dòng)效率可視為1.0，所以電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于泵的軸功率。即： 泵的軸功率N電動(dòng)機(jī)的輸出功率，kW （3）電動(dòng)機(jī)的輸出功率電動(dòng)機(jī)的輸入功率×電動(dòng)機(jī)的效率 （4） 泵的軸功率功率表的讀數(shù)×電動(dòng)機(jī)效率，kw （5） c)、的測(cè)定 其中 kw （6）式中： 泵的效率； N 泵的軸功率，kw; Ne 泵的有效功率，kw H 泵的壓頭，m; Q 泵的流量，m3/s 水的密度，kg/m3（2）換熱器殼體應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 應(yīng)力測(cè)定中通常用電阻應(yīng)變儀來測(cè)定各點(diǎn)的應(yīng)變值，

7、然后根據(jù)廣義胡克定律換算成相應(yīng)的應(yīng)力值。換熱器殼體可認(rèn)為是處于二向應(yīng)力狀態(tài)，因此，在彈性范圍內(nèi)廣義胡克定律表示如下：周向應(yīng)力： (7) 軸向應(yīng)力： (8)式中E和分別為設(shè)備材料的彈性模量和泊桑比；和 分別為周向應(yīng)變和軸向應(yīng)變。電阻應(yīng)變儀的基本原理就是將應(yīng)變片電阻的微小變化，用電橋轉(zhuǎn)換成為電壓電流的變化。在正常操作條件下，換熱器殼體中的應(yīng)力是流體壓力載荷（殼程壓力、管程壓力）、溫度載荷及重力與支座反力所引起的。由于換熱器的軸向彎曲剛度大，重力與支座反力在殼體上產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力相對(duì)較小，可以忽略。因溫度載荷只引起軸向應(yīng)力，當(dāng)壓力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用時(shí)有： (9) (10)式中 壓力載荷在換熱器殼體

8、中引起的環(huán)向應(yīng)力，； 壓力載荷在換熱器殼體中引起的軸向應(yīng)力，； 溫度載荷在換熱器殼體中引起的軸向應(yīng)力，。（3）換熱器換熱性能及流體傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)換熱器工作時(shí)，冷、熱流體分別處在換熱管的兩側(cè)，熱流體把熱量通過管壁傳給冷流體，形成熱交換。當(dāng)若換熱器沒有保溫，存在熱損失，則熱流體放出的熱量大于冷流體獲得的熱量。熱流體放出的熱量為： (11)式中 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)熱流體放出的熱量， kW；熱流體的質(zhì)量流率，kg/s；熱流體的定壓比熱，kJ/kg·K，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)可視為常數(shù)； 、熱流體的進(jìn)出口溫度，K或oC。冷流體獲得的熱量為： (12)式中 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)冷流體獲得的熱量，kJ/s=kW；

9、冷流體的質(zhì)量流率，kg/s；冷流體的定壓比熱，kJ/kg·K，在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)可視為常數(shù)； 、冷流體的進(jìn)出口溫度，K或oC。損失的熱量為： (13)冷熱流體間的溫差是傳熱的驅(qū)動(dòng)力，對(duì)于逆流傳熱，平均溫差為 (14)式中： 、。本實(shí)驗(yàn)著重考察傳熱速率Q和傳熱驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系換熱器的傳熱速率Q可以表示為： (15)式中 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳熱量， W； K總傳熱系數(shù)，W/m2·K；A傳熱面積，m2；Dtm平均溫差，K或oC。（4）換熱器管程和殼程壓力降測(cè)定實(shí)驗(yàn)流體流經(jīng)換熱器時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力損失，它包括流體在流道中的損失和流體進(jìn)出口處的局部損失。通過測(cè)量管程流體的進(jìn)口壓力、出口壓力，便可以得

10、到管程流體流經(jīng)換熱器的總壓力損失；通過測(cè)量殼程流體的進(jìn)口力、出口壓力，便可以得到殼程流體流經(jīng)換熱器的總壓力損失。（5）離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn) 離心泵恒壓力控制系統(tǒng)圖如下圖所示所示。圖四、離心泵恒壓力控制系統(tǒng)圖離心泵出口壓力壓力傳感器工業(yè)調(diào)節(jié)器變頻調(diào)速器泵電機(jī)放大器 圖五、信號(hào)流程圖離心泵恒壓力控制系統(tǒng)為單回路簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。安裝在離心泵出口管路上壓力傳感器PT將離心泵出口壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大后輸出至工業(yè)調(diào)節(jié)器PC，PC將壓力信號(hào)與壓力給定值比較后，按PI調(diào)節(jié)規(guī)律輸出420mA信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變頻調(diào)速器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到恒定離心泵出口壓力的目的。離心泵恒壓力控制系統(tǒng)方框圖如圖四所示?？刂茀?shù)

11、如下：1 被控變量y：離心泵出口壓力P。2 給定值(或設(shè)定值)ys：對(duì)應(yīng)于被控變量所需保持的工藝參數(shù)值，在本實(shí)驗(yàn)中取0.4 MPa。 3 測(cè)量值ym：由傳感器檢測(cè)到的被控變量的實(shí)際值，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口壓力值P。4 操縱變量(或控制變量)：實(shí)現(xiàn)控制作用的變量，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵轉(zhuǎn)速n。使用交流變頻調(diào)速器作為執(zhí)行器對(duì)離心泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。交流變頻調(diào)速器的輸入信號(hào)范圍：420mA；輸出：380V，050Hz。5 干擾(或外界擾動(dòng))f：干擾來自于外界因素，將引起被控變量偏離給定值。在本實(shí)驗(yàn)中采用突然改變流量的方法，人為模擬外界擾動(dòng)給控制變量造成干擾。6 偏差信號(hào)e 被控變量的實(shí)際值與給定值之差，

12、e=ys-ym。ym-離心泵出口壓力值P； ys-離心泵出口壓力設(shè)定值。 7控制信號(hào)u 工業(yè)調(diào)節(jié)器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。離心泵恒壓力控制系統(tǒng)采用比例積分控制規(guī)律(PI)對(duì)離心泵出口壓力進(jìn)行控制。比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制規(guī)律的組合，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （16）PI規(guī)律將比例控制反應(yīng)快和積分控制能消除余差的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，因而在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。壓力調(diào)節(jié)器變頻調(diào)速器水泵循環(huán)過程壓力傳感器和放大器壓力設(shè)定值偏差e控制信號(hào)：420mA操縱變量：離心泵轉(zhuǎn)速壓力信號(hào)被控變量：離心泵出口壓力干擾變量：流量變化 圖六、 離心泵恒壓力控制系統(tǒng)方框圖（6）離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)離心泵恒流量控制系

13、統(tǒng)圖如圖所示，控制系統(tǒng)方框圖如圖所示。圖七、離心泵恒流量控制系統(tǒng)圖離心泵出口流量渦輪流量傳感器頻率/電壓轉(zhuǎn)換器工業(yè)調(diào)節(jié)器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥圖八、離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖離心泵恒流量控制系統(tǒng)為單回路簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，安裝在離心泵出口管路上渦輪流量傳感器TT將離心泵出口流量轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，其脈沖頻率經(jīng)頻率/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸出至流量調(diào)節(jié)器TC，TC將流量信號(hào)與流量給定值比較后，按PID調(diào)節(jié)規(guī)律輸出420mA信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到恒定離心泵出口流量的目的。離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖如圖7-3所示?？刂茀?shù)如下：1.控變量y：離心泵出口流量Q。2.定值(或設(shè)定值)ys：對(duì)應(yīng)于被控變

14、量所需保持的工藝參數(shù)值，在本實(shí)驗(yàn)中取1.5 L/s。3.測(cè)量值ym：由傳感器檢測(cè)到的被控變量的實(shí)際值，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口流量值Q。4.操縱變量(或控制變量)：實(shí)現(xiàn)控制作用的變量，在本實(shí)驗(yàn)中為離心泵出口流量。使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器對(duì)離心泵出口流量進(jìn)行控制。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)范圍：420mA；輸出：閥門開度0-16mm。5.干擾(或外界擾動(dòng))f：干擾來自于外界因素，將引起被控變量偏離給定值。在本實(shí)驗(yàn)中采用突然改變離心泵轉(zhuǎn)速的方法，改變離心泵出口壓力，人為模擬外界擾動(dòng)給控制變量造成干擾。6偏差信號(hào)e 被控變量的實(shí)際值與給定值之差， e=ys-ym。ym-離心泵出口流量值Q。ys-離心泵出口流

15、量設(shè)定值。7控制信號(hào)u 工業(yè)調(diào)節(jié)器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。離心泵恒流量控制系統(tǒng)采用比例積分控制規(guī)律(P1D)對(duì)離心泵流量進(jìn)行控制。比例積分控制規(guī)律是比例與積分兩種控制規(guī)律的組合， 理想的PID調(diào)節(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （17）PID規(guī)律在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。流量調(diào)節(jié)器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥離心泵循環(huán)過程渦輪流量傳感器和變換器流量設(shè)定值偏差e控制信號(hào)：420mA操縱變量：泵出口流量流量信號(hào)被控變量：離心泵流量干擾變量：離心泵壓力圖九、離心泵恒流量控制系統(tǒng)方框圖（7）換熱器出口恒溫度控制實(shí)驗(yàn)換熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖如圖所示，控制原理圖如圖所示。圖十、換熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖 換熱器出口溫度控制

16、系統(tǒng)為雙回路串級(jí)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)方框圖如所示。安裝在換熱器管程出口管路上熱電阻溫度傳感器TT將換熱器管程出口溫度轉(zhuǎn)換成電阻信號(hào)后輸出至溫度調(diào)節(jié)器TC，TC將溫度信號(hào)與溫度給定值比較后，根據(jù)其差值e的大小按比例積分PI調(diào)節(jié)規(guī)律向流量調(diào)節(jié)器LC輸出流量給定值；同時(shí)安裝在換熱器殼程進(jìn)口管路上的渦輪流量傳感器LT將進(jìn)入換熱器殼程的冷水流量信號(hào)輸出至流量調(diào)節(jié)器LC，LC將來自溫度調(diào)節(jié)器TC的流量給定值和來自LT的冷水流量值比較后，根據(jù)其差值e的大小按比例PI調(diào)節(jié)規(guī)律驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，控制進(jìn)入換熱器殼程的冷水流量，達(dá)到恒定換熱器管程出口溫度的目的。控制參數(shù)如下：1 控變量y：換熱器管程

17、出口溫度。2 給定值(或設(shè)定值)ys：對(duì)應(yīng)于被控變量所需保持的工藝參數(shù)值，在本實(shí)驗(yàn)中將換熱器管程出口溫度設(shè)置成40。3 測(cè)量值ym：由傳感器檢測(cè)到的被控變量的實(shí)際值，在本實(shí)驗(yàn)中為換熱器管程出口溫度。4 操縱變量(或控制變量)：實(shí)現(xiàn)控制作用的變量，在本實(shí)驗(yàn)中為冷水流量。使用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器對(duì)冷水流量進(jìn)行控制。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)范圍：420mA；輸出：閥門開度0-16mm。5 干擾(或外界擾動(dòng))f：干擾來自于外界因素，將引起被控變量偏離給定值。在本實(shí)驗(yàn)中采用突然改變離心泵轉(zhuǎn)速的方法，改變離心泵出口壓力，人為模擬外界擾動(dòng)給控制變量造成干擾。6 偏差信號(hào)e 被控變量的實(shí)際值與給定值之差， e=y

18、s-ym。ym-換熱器出口溫度。 ys-換熱器出口溫度設(shè)定值。7 控制信號(hào)u 工業(yè)調(diào)節(jié)器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。溫度調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥冷水流量出口溫度渦輪流量傳感器和信號(hào)變換器溫度傳感器和信號(hào)變換器換熱器出口溫度換熱器出口溫度設(shè)置干擾變量2：冷水壓力干擾變量1：進(jìn)口溫度yy 圖十一、換熱器出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖（8）管路特性曲線當(dāng)離心泵安裝在特定的管路系統(tǒng)中工作時(shí)，實(shí)際的工作壓頭和流量不僅與離心泵本身的性能有關(guān)，還與管路特性有關(guān)，也就是說，在液體輸送過程中，泵和管路二者是相互制約的。在一定的管路上，泵所提供的壓頭和流量必然與管路所需的壓頭和流量一致。若將泵的特性曲線與管路特性

19、曲線繪在同一坐標(biāo)圖上，兩曲線交點(diǎn)即為泵在該管路的工作點(diǎn)。因此，可通過改變泵轉(zhuǎn)速來改變泵的特性曲線，從而得出管路特性曲線。泵的壓頭H計(jì)算同式（2）。(9)流量計(jì)性能測(cè)定：流體通過節(jié)流式流量計(jì)時(shí)在流量計(jì)上、下游兩取壓口之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，它與流量的關(guān)系為： （18） 式中：被測(cè)流體(水)的體積流量，m3/s； 流量系數(shù)，無因次； 流量計(jì)節(jié)流孔截面積，m2； 流量計(jì)上、下游兩取壓口之間的壓強(qiáng)差，Pa ； 被測(cè)流體(水)的密度，kgm3 。 用渦輪流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)來測(cè)量流量VS。每一個(gè)流量在壓差計(jì)上都有一對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，將壓差計(jì)讀數(shù)P和流量Vs繪制成一條曲線，即流量標(biāo)定曲線。同時(shí)用上式整理數(shù)據(jù)

20、可進(jìn)一步得到CRe關(guān)系曲線。五、實(shí)驗(yàn)方法：（1）離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)1. 取消流量控制儀表的外給定功能（AF2=0），將熱水箱溫度控制儀調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，并設(shè)定熱水箱溫度控制儀表輸出為0，將泵出口壓力控制儀調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，設(shè)輸出為100%。2.打開VA105和VA109，使水走管程并經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱3.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.調(diào)節(jié)電動(dòng)閥至某一開度，待流量穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)（注：電動(dòng)閥可與VA109配合使用）5.重復(fù)第3步記錄多組數(shù)據(jù)（建議流量由大到?。?.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，做出離心泵特性曲線7.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)（2）換熱器殼體應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)A. 只受殼程壓力載荷作用1.連接好應(yīng)變

21、儀,開機(jī)檢查所有測(cè)試點(diǎn)有無異常（顯示為E 短路或者斷路）。2.打開閥門VA103、VA110，讓冷水走殼程，關(guān)閉其它閥門。3.啟動(dòng)立式離心泵，調(diào)節(jié)出口壓力表。4.記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。B.受殼程壓力和溫度載荷聯(lián)合作用1.連接好應(yīng)變儀,開機(jī)檢查所有測(cè)試點(diǎn)有無異常（顯示為E 短路或者斷路）。2.打開閥門VA103、VA110，讓冷水走殼程，打開閥門VA106、VA108，讓熱水走管程，關(guān)閉其它閥門。3.啟動(dòng)立式離心泵，調(diào)節(jié)出口壓力表，打開臥式熱水離心泵。4.記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（3）換熱器換熱性能及流體傳熱膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)1. 取消流量控制儀表的外給定功能（AF2=0），調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為10，將熱水箱溫

22、度控制儀表調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，設(shè)定溫度為60，將出口壓力控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為100，換熱器出口溫度控制儀表輸出值任意2.打開加熱開關(guān),打開VA104和VA107使熱水走管殼,打開VA105和VA109，使冷水走管程經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱,其他閥門關(guān)閉3.等溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)臥式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）5.調(diào)節(jié)電動(dòng)閥至某一開度，待溫度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)記錄數(shù)據(jù)（注：電動(dòng)閥可與合VA109配合使用）6.重復(fù)第5步記錄多組數(shù)據(jù)（建議流量由小到大）7.數(shù)據(jù)處理8.關(guān)閉立式離心，關(guān)閉泵臥式離心泵，關(guān)閉加熱開關(guān)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)（4）換熱器管程和殼程壓力降測(cè)定實(shí)驗(yàn)

23、0; A管程壓力降1. 取消流量控制儀表的外給定功能，將控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，并設(shè)定熱水箱溫度控制儀表輸出為0，出口壓力控制儀表輸出為100，換熱器出口溫度控制儀表輸出值任意2.打開VA105和VA109，使水走管程經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱3.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.調(diào)節(jié)電動(dòng)閥至某一開度，待流量穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)（注：電動(dòng)閥可與VA109配合使用）5.重復(fù)第3步記錄多組數(shù)據(jù)（建議流量由小到大）6.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理7.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn) B管殼壓力降1. 取消流量控制儀表的外給定功能，將控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，并設(shè)定熱水箱溫度控制儀表輸出為0，出口壓力控制儀表輸出為100，換熱器出口

24、溫度控制儀表輸出值任意2.打開VA103和VA110，使水走管殼經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱3.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.調(diào)節(jié)電動(dòng)閥至某一開度，待流量穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)（注：電動(dòng)閥可與VA109配合使用）5.重復(fù)第3步記錄多組數(shù)據(jù)（建議流量由小到大）6.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理7.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)（5）離心泵恒壓力控制實(shí)驗(yàn) 1. 取消流量控制儀表的外給定功能，調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為10，將熱水箱溫度控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為0，將出口壓力控制儀表調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，設(shè)定值為300，換熱器出口溫度控制儀表輸出值任意2.打開VA103和VA110，使冷水走管殼經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱3.啟動(dòng)立式離心泵（注意

25、：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.待出口壓力相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，稍開VA111，觀察出口壓力變化5.重復(fù)第4步（建議VA111開度由小到大）6.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)（6）離心泵恒流量控制實(shí)驗(yàn)1. 取消流量控制儀表的外給定功能，調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，輸出為30，將熱水箱溫度控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為0，將出口壓力控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)，輸出為100，換熱器出口溫度控制儀表輸出值任意2.打開VA103和VA110，使冷水走管殼經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱3.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）4.待出口壓力相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，稍開VA111，觀察流量變化5.重復(fù)第4步（建議VA111開度由小到大）6.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（7）

26、換熱器出口恒溫度控制實(shí)驗(yàn)1. 調(diào)節(jié)冷水流量控制儀表具備外給定功能（AF2=1），調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，將熱水箱溫度控制儀表調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，將出口壓力控制儀表調(diào)節(jié)至手動(dòng)狀態(tài)輸出（=100），換熱器出口溫度控制儀表調(diào)節(jié)至自動(dòng)狀態(tài)，溫度設(shè)定值為40；2.打開加熱開關(guān),打開VA104和VA107使熱水走管殼,打開VA105和VA109，使冷水走管程經(jīng)過電動(dòng)閥回水箱,其他閥門關(guān)閉；3.等溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)臥式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）；4.啟動(dòng)立式離心泵（注意：?jiǎn)?dòng)前需要灌泵）；5.待出口溫度相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，稍改變換熱器出口溫度控制儀表設(shè)定值，觀察相關(guān)變化；6.關(guān)閉立式離心泵，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算舉

27、例：（1） 離心泵性能測(cè)定實(shí)驗(yàn) 在離心泵恒轉(zhuǎn)速性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)測(cè)得流量Q=3.90m3/h；真空表讀數(shù)P1=20 KPa；壓力表讀數(shù)為P2=352 KPa；電機(jī)功率電=0.87Kw；電機(jī)效率電=601. 計(jì)算離心泵的揚(yáng)程H因離心泵進(jìn)出口直徑相同d1=d2=29mm固：=0真空表測(cè)量點(diǎn)和壓力表測(cè)量點(diǎn)高度相同，Z=142mm，因此有：H=z=38.05 m2. 計(jì)算離心泵的軸功率N泵的軸功率公式：軸電*電=1.62*0.6=0.972 Kw其中：電電機(jī)輸入功率（Kw）， 電電機(jī)效率:603. 計(jì)算離心泵的效率Ne=0.40 Kw因此， = =41.6%（2）換熱器殼體應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn) 1. 只受殼程

28、壓力載荷作用 讓冷水走殼程，記錄下某測(cè)點(diǎn)在不同壓力下的應(yīng)變值如下：Psi(MPa)Pso(MPa)PS(MPa)z0.2010.1820.19157450.4040.390.39712880.6460.6320.639151320.930.9280.92921186試求其實(shí)測(cè)和理論應(yīng)力值。A、 實(shí)測(cè)應(yīng)力計(jì)算殼程流體壓力去殼程流體進(jìn)出口壓力的平均值：PS=0.1915(MPa) 由此得：Ps1= 0.1915 MPa；Ps2=0.397 MPa；Ps3=0.639 MPa；Ps4=0.923 MPa。作-PS和z-PS關(guān)系曲線，并進(jìn)行線性擬合。因?yàn)楫?dāng)PS=0時(shí)，=0，z=0，可得應(yīng)變與壓力的關(guān)系

29、為：=18.304PS； z=189.92 PS根據(jù)式（2-1）和（2-2）可以求出應(yīng)力值。由此能求出各種壓力下的應(yīng)力和應(yīng)變，如下表。測(cè)點(diǎn)PS(MPa)z(MPa)z(MPa)10.23.7383.3 8.9 0.47.3766.5 17.8 0.6111149.8 26.7 0.814.6151.913.0 35.5 B、理論應(yīng)力計(jì)算殼體中環(huán)向應(yīng)力由下式計(jì)算： = 式中：Di殼體內(nèi)徑，Di =151mm t 殼體壁厚，t=4mm殼體中軸向應(yīng)力z計(jì)算比較復(fù)雜，它包括作用在管板上的流體壓力引起的軸向應(yīng)力以及殼體在壓力作用下的經(jīng)向變形所引起的軸向應(yīng)力（泊桑效應(yīng)，注意殼體和管子及管板構(gòu)成了靜不定系統(tǒng)

30、），且和管板的變形有關(guān)，這里不做計(jì)算。的計(jì)算如下：PS(MPa)(MPa)0.23.780.47.550.611.330.815.102. 受殼程壓力和溫度載荷聯(lián)合作用 讓熱水走管程、冷水走殼程，記錄下某測(cè)點(diǎn)在不同壓力、溫度下的應(yīng)變值如下：T1（）T2（）t1（）t2（）z57.85035.740.52010353.94736.841.169451.246.13741.138657.85035.740.520103試計(jì)算實(shí)測(cè)及理論應(yīng)力。（1） （以上表中第一組數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算）實(shí)測(cè)應(yīng)力計(jì)算管子壁溫tl和ts近似計(jì)算如下：tl=46ts=38.1因此，管子和殼體之間的溫差為：t= tl- ts=

31、7.9 對(duì)于其他組數(shù)據(jù)，作同樣計(jì)算，結(jié)果見下表：Tt（）ts（）t（）4638.17.944.738.955.7543.8539.054.84638.17.9作-t和z-t關(guān)系曲線，并進(jìn)行線性擬合。因?yàn)楫?dāng)t=0時(shí)， =0，z=0，可得應(yīng)變與溫差的關(guān)系為： =5.2613t； z=5.47t根據(jù)式（2-1）和（2-2）可以求出應(yīng)力值。由此能求出各種溫差下的應(yīng)力和應(yīng)變，如下表。t（）z(MPa)842.090443.761.31263.135665.641.91578.919582.052.420105.226109.43.2（2） 理論應(yīng)力計(jì)算壓力和溫度載荷聯(lián)合作用下殼體中軸向應(yīng)力z的計(jì)算比較復(fù)

32、雜，這是由于殼體、管子和管板連接結(jié)構(gòu)是一個(gè)靜不定系統(tǒng)。目前常見的理論分析模型有兩種：一是將管板作為剛性板處理（參見聶清德主編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)，化工出版社），不考慮管板的變形，也不考慮管孔的削弱作用，這種計(jì)算模型簡(jiǎn)單，但誤差較大。另一種模型是將管板當(dāng)作彈性板（參見余國琮主編，天津大學(xué)等院校合編，化工容器及設(shè)備，化學(xué)工業(yè)出版社），考慮管子的支撐作用和管孔的削弱作用，這種計(jì)算模型復(fù)雜，但誤差教小。另外，還可以應(yīng)用有限元進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，有研究論文表明，有限元計(jì)算結(jié)果和彈性管板計(jì)算結(jié)果相接近。z的理論計(jì)算不做要求。（3）、傳熱量和熱損失的計(jì)算示例序號(hào)熱水進(jìn)口溫度T1（）熱水出口溫度T2（）冷水進(jìn)口溫度t1（

33、）冷水出口溫度t2（）152.2046.5037.2044.00255.1049.8040.9049.10355.1049.8041.0049.00453.8048.5043.8046.70556.5050.3045.0048.20熱水流量（m3/h）冷水流量（m3/h）Q（Kw）tm（）K（Kw/m2）1.070.493.168.740.481.070.343.307.350.481.070.343.387.370.471.070.803.845.820.501.070.993.966.690.60在換熱性能實(shí)驗(yàn)中測(cè)得換熱器熱水進(jìn)口溫度T1=52.2，出口溫度T2=46.5；冷水進(jìn)口溫度t1

34、=37.2，出口溫度t2=44.0；熱水走管程，其流量Vt=1.07m3/s，冷水走殼程，其流量為0.49m3/s。熱流體進(jìn)出口平均溫度為 tmt=49.3（）由tmt查化工原理中的附表可得： t=988.1 kg/m3 cpt=4.174 kJ/kg·K因此， mt=Vt·t=1.07*988.1/3600=0.293kg/ s Qt= mt cpt（T1-T2）=0.293*4.174*（52.2-46.5）=6.982 kW損失的熱量為： Q= Qt- Qs=6.982-3.83=3.16 kW平均溫差：tm=8.74 （）總傳熱系數(shù)K的計(jì)算示例:序號(hào)熱水進(jìn)口溫度T1（）熱水出口溫度T2（）冷水進(jìn)口溫度t1（）冷水出口溫度t2（）152.2046.5037.2044.00255.1049.8040.9049.10355.1049.8041.0049.00453.8048.5043.8046.70556.5050.3045.0048.20熱水流量（m3/h）冷水流量（m3/h）Q（