80210165 專業(yè)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、目 錄實(shí)驗(yàn)一 流動(dòng)與傳熱綜合實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定 1實(shí)驗(yàn) 溫度控制實(shí)驗(yàn) 9實(shí)驗(yàn) PLC控制實(shí)驗(yàn)13實(shí)驗(yàn) 流動(dòng)阻力特性實(shí)驗(yàn) 17實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn) 21實(shí)驗(yàn)二 換熱器綜合實(shí)驗(yàn) 24實(shí)驗(yàn)三 氣液兩相流實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 30實(shí)驗(yàn)1 垂直上升管中氣液兩相流特性實(shí)驗(yàn)31實(shí)驗(yàn)2 傾斜管中氣液兩相流特性實(shí)驗(yàn) 36實(shí)驗(yàn)3 氣液兩相流流經(jīng)孔板的特性實(shí)驗(yàn)40實(shí)驗(yàn)4 氣液兩相流流經(jīng)文丘里管的特性實(shí)驗(yàn)44實(shí)驗(yàn)5 水平集箱和垂直并聯(lián)管管道系統(tǒng)的特性實(shí)驗(yàn) 47附錄一 電磁流量計(jì)51附錄二 渦輪氣體流量計(jì)52附錄三 差壓變送器52附錄四 IMP 359553附錄五 數(shù)據(jù)采集程序53實(shí)驗(yàn)四 平板氣膜冷卻實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)55附

2、錄一 液晶測(cè)溫基本原理及液晶保存噴涂注意事項(xiàng)58附錄二 數(shù)采程序使用說明59實(shí)驗(yàn)五 離心泵并聯(lián)及工況調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)6792實(shí)驗(yàn)一 流動(dòng)與傳熱綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定方法，測(cè)定套管式水水換熱器的傳熱系數(shù)；2. 了解實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)的原理及組成，熟悉溫度、流量、和壓差的測(cè)量方法；3. 掌握換熱器傳熱系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)換熱器理論，穩(wěn)態(tài)工況下?lián)Q熱器的傳熱量可按照下式計(jì)算式中，為換熱器的傳熱系數(shù)，；為傳熱面積，；是換熱器的平均溫差，。對(duì)于圖1中的順流式套管換熱器圖1順流套管式換熱器原理示意圖對(duì)于圖1(b) 中的逆流式套管換熱器圖2

3、逆流套管式換熱器原理示意圖其中和分別是套管換熱器的熱水進(jìn)出口溫度和冷水進(jìn)出口溫度。根據(jù)熱力學(xué)理論，熱水和冷水通過換熱器時(shí)的交換的熱流量分別為其中分別是熱水和冷水的質(zhì)量流量，；分別是熱水和冷水的定壓比熱，。如果忽略散熱損失，則在穩(wěn)態(tài)工況下根據(jù)換熱面的幾何尺寸可以計(jì)算出換熱面積，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算公式或圖表可計(jì)算出水的比熱，在穩(wěn)態(tài)工況下，測(cè)出熱水和冷水的，熱流體和冷流體的進(jìn)出口溫度和，就可以根據(jù)式(1)式(6)計(jì)算出換熱器的傳熱系數(shù)在換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，可以通過改變水流量和進(jìn)口溫度來測(cè)定不同工況條件下的傳熱系數(shù)，也可以通過更換介質(zhì)的相對(duì)流向測(cè)定不同流量時(shí)的傳熱系數(shù)，還可以更換不同采取了強(qiáng)化傳熱

4、措施的換熱面來考察傳熱的增強(qiáng)效果。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖3 換熱器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測(cè)換熱器和測(cè)控系統(tǒng)組成，如圖3所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的熱水。程控的冷水源由變頻器拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和程控補(bǔ)熱電加熱器組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的冷卻水。流程切換閥門組由輸配管道和12球閥組成，負(fù)責(zé)流體內(nèi)外側(cè)切換和流向切換，切換控制由計(jì)算機(jī)給出閥門的燈光指示。被測(cè)換熱器由兩臺(tái)套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)

5、需要更換。測(cè)控系統(tǒng)包括2個(gè)可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個(gè)流量變送器、2個(gè)差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺(tái)變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī))、2組PLC（1組作為運(yùn)行控制，1組作監(jiān)測(cè)）和1臺(tái)工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)管理）組成。系統(tǒng)組成如圖4所示。圖測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測(cè)量流量的測(cè)量采用精度為0.5級(jí)，量程為4t/h的渦輪流量變送器，安裝在循環(huán)水泵的出口。渦輪流量變送器將水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。3. 水溫度的測(cè)量水溫采用Pt100鉑電阻作為傳感器，直接接入PLC上的RTD溫度采集模塊，

6、經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。4. 壓差的測(cè)量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測(cè)量中用作參考，采用0.5級(jí)的差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。5. 換熱器的傳熱面積傳熱面積可以根據(jù)換熱器內(nèi)管的直徑和長度確定，計(jì)算的換熱面積要注明是內(nèi)管的內(nèi)表面積還是外表面積。四、測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)步驟1. 首先啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，點(diǎn)擊電腦桌面上的“換熱器試驗(yàn)臺(tái)”圖標(biāo)，運(yùn)行測(cè)控程序；本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行操作：l 實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試ll 該操作由教工完成，具體操作如下：l 首先點(diǎn)擊“教工身份驗(yàn)證”按鈕,教工可進(jìn)行身份驗(yàn)證以獲得圖示工具欄所列功能的操作權(quán)限，然后點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試”

7、按鈕進(jìn)入實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)試界面，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備調(diào)試。l 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備運(yùn)行正常后，點(diǎn)擊“停止教工工作”按鈕完成此步驟。l 實(shí)驗(yàn)選擇l 該操作由學(xué)生完成。具體操作如下：l 學(xué)生可在“實(shí)驗(yàn)選擇”組所列項(xiàng)目中點(diǎn)選將要做的實(shí)驗(yàn),并在對(duì)應(yīng)界面中錄入實(shí)驗(yàn)成員學(xué)籍編號(hào)。學(xué)生可在文本框中錄入實(shí)驗(yàn)小組成員學(xué)籍編號(hào),然后鍵入回車鍵, 學(xué)籍編號(hào)便加入至列表框中。點(diǎn)擊“重置”按鈕將會(huì)清除列表框中所有實(shí)驗(yàn)小組成員學(xué)籍編號(hào)。點(diǎn)擊“確定”按鈕將會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)設(shè)置界面。l 流程選定n 該操作由學(xué)生完成。具體操作如下：n 學(xué)生可在“流程選定”組對(duì)應(yīng)界面中根據(jù)將要做實(shí)驗(yàn)的傳熱介質(zhì)流程，先設(shè)置對(duì)應(yīng)的閥門然后選定“流程選定”組中所列的相應(yīng)的流程選項(xiàng)

8、，如果閥門設(shè)置正確則可開始實(shí)驗(yàn)。nl 實(shí)驗(yàn)操作l 該操作由學(xué)生完成。具體操作如下：l 點(diǎn)擊”實(shí)驗(yàn)操作”組中“實(shí)驗(yàn)開始”項(xiàng)，本軟件根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)置連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備開始實(shí)驗(yàn)；l 點(diǎn)擊”實(shí)驗(yàn)操作”組中“實(shí)驗(yàn)停止”項(xiàng)，本關(guān)閉實(shí)驗(yàn)設(shè)置實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備停止實(shí)驗(yàn)；l 數(shù)據(jù)顯示該操作由學(xué)生完成。具體操作如下：點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)顯示”組中“測(cè)量值實(shí)時(shí)曲線”項(xiàng)，學(xué)生可以看到換熱器內(nèi)、外側(cè)進(jìn)、出口溫度實(shí)時(shí)曲線，主、輔加熱器溫度實(shí)時(shí)曲線，冷、熱水差壓實(shí)時(shí)曲線以及冷、熱水流量實(shí)時(shí)曲線；點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)顯示”組中“計(jì)算值實(shí)時(shí)曲線”項(xiàng)，學(xué)生可以看到換熱器平均溫差實(shí)時(shí)曲線、傳熱系數(shù)實(shí)時(shí)曲線等；2. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄拷貝出來，以便進(jìn)行整理；3. 退

9、出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)要求1. 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，擬定實(shí)驗(yàn)方案，選定實(shí)驗(yàn)的流量范圍；2. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格，記錄原始數(shù)據(jù)，并自行求得各工況對(duì)應(yīng)溫度下的物性參數(shù)；3. 參考實(shí)驗(yàn)測(cè)量軟件，將測(cè)量點(diǎn)描在（或計(jì)算機(jī)繪圖）坐標(biāo)紙上；4. 根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算換熱器的傳熱量和傳熱系數(shù)，并計(jì)算冷熱流體的熱偏差；5. 根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，按照對(duì)流傳熱理論計(jì)算換熱器的傳熱系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析產(chǎn)生偏差的原因；6. 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介、原始數(shù)據(jù)表格、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理過程和計(jì)算結(jié)果以及繪制的坐標(biāo)圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法及

10、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面的問題進(jìn)行討論分析等。六、注意事項(xiàng)1. 系統(tǒng)使用之前，應(yīng)確保膨脹水箱中的水位達(dá)到溢流管的高度；2. 在使用手動(dòng)調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（與正常順序相反）；3. 為了保護(hù)加熱器不超過允許使用溫度，避免水的汽化，手動(dòng)調(diào)試時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)循環(huán)水泵，然后再啟動(dòng)加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保護(hù)；4. 實(shí)驗(yàn)過程中可從大流量到小流量的順序進(jìn)行調(diào)整，這樣可以使加熱器的溫度逐步升高，對(duì)溫度高低容易把握。5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機(jī)。七、思考題1. 加熱器水溫控制的原理是什么？2. 為什么要采用變頻調(diào)速水泵？3. 采用熱電偶

11、和熱電阻都可以測(cè)量溫度，在本實(shí)驗(yàn)中選用熱電阻有什么好處？ 4. 在換熱器傳熱系數(shù)的計(jì)算公式中并不包括差壓，但為什么要測(cè)量它？5. 熱電阻溫度傳感器應(yīng)如何安裝才能減小測(cè)量誤差？6. 如果不采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，那么需要哪些測(cè)量?jī)x表才能完成本實(shí)驗(yàn)？7. 本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量誤差的來源有哪些，應(yīng)如何控制。實(shí)驗(yàn) 溫度控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解熱水電加熱器溫度控制的方法和系統(tǒng)組成；5. 了解熱水循環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；6. 了解用可控硅手動(dòng)控制電加熱器的原理和方法；7. 了解用PLC通過可控硅自動(dòng)控制水溫的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖1 換熱器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置由可程控的

12、冷熱水源、流程切換閥門組、被測(cè)換熱器和測(cè)控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的熱水。程控的冷水源由變頻器拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和程控補(bǔ)熱電加熱器組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的冷卻水。流程切換閥門組由輸配管道和12個(gè)球閥組成，負(fù)責(zé)流體內(nèi)外側(cè)切換和流向切換，切換閥門用指示燈給出指示。被測(cè)換熱器由兩臺(tái)套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測(cè)控系統(tǒng)包括2個(gè)可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個(gè)流量變送器、2個(gè)差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺(tái)變頻器(分別控制

13、冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī))、2組PLC（1組作為運(yùn)行控制，1組作監(jiān)測(cè)）和1臺(tái)工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)管理）組成。系統(tǒng)組成如圖2所示。圖測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測(cè)量流量的測(cè)量采用精度為0.5級(jí)，量程為4t/h的渦輪流量變送器，安裝在循環(huán)水泵的出口。渦輪流量變送器將水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。6. 水溫度的測(cè)量水溫采用Pt100鉑電阻作為傳感器，直接接入PLC上的RTD溫度采集模塊，經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。7. 壓差的測(cè)量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測(cè)量中用作參考，采用0.5級(jí)的差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)

14、信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。8. 水泵的控制水泵的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。水泵的轉(zhuǎn)速可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。9. 風(fēng)機(jī)的控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。10. 電加熱器的控制主、輔電加熱器的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

15、，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。主、輔加熱器的功率可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在如果需要實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制，還可以利用PLC中的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行溫度的自動(dòng)跟蹤控制。三、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟1.首先確認(rèn)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)；2.打開控制柜門，在強(qiáng)電柜（左側(cè)）找到兩臺(tái)可控硅，觀察可控硅與控制器之間的連接關(guān)系；3.系統(tǒng)送電（最好由教師完成），關(guān)閉控制柜；將控制臺(tái)上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；4. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)測(cè)控程序；5. 打開試驗(yàn)臺(tái)調(diào)試面板，了解面板的布局；6. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運(yùn)行模式，按照實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；7. 啟

16、動(dòng)熱水泵，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，觀察熱水流量的變化和內(nèi)管壓差的變化；8. 啟動(dòng)冷水泵，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，觀察冷水流量的變化和外管壓差的變化；9. 啟動(dòng)主加熱器，調(diào)節(jié)加熱功率，觀察熱水溫度的變化；10. 啟動(dòng)PID調(diào)節(jié)器，設(shè)定熱水溫度，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的溫度，觀察熱水溫度的變化；11. 改變調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察熱水溫度的變化；實(shí)驗(yàn)過程中可以用抓圖軟件記錄溫度的變化曲線；12. 觀察PID調(diào)節(jié)過程中熱水溫度的變化規(guī)律。13. 待熱水溫度恒定后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，依次關(guān)閉主加熱器、冷水泵和熱水泵。退出控制程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)要求1.預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，選定實(shí)驗(yàn)的流程；2.預(yù)習(xí)有關(guān)可控硅的知識(shí)，了解可控硅的基本原理和主要功

17、能特點(diǎn)；3.預(yù)習(xí)有關(guān)PLC的知識(shí)，了解PLC的基本原理和主要功能特點(diǎn)；4.撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介、原始數(shù)據(jù)表格、實(shí)驗(yàn)中觀察的現(xiàn)象；對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的評(píng)價(jià)和總結(jié)。五、 注意事項(xiàng)1.系統(tǒng)使用之前，應(yīng)確保膨脹水箱中的水位達(dá)到溢流管的高度；2.在使用手動(dòng)調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（與正常順序相反）；3.為了保護(hù)加熱器不超過允許使用溫度，避免水的汽化，手動(dòng)調(diào)試時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)循環(huán)水泵，然后再啟動(dòng)加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保護(hù)；4.實(shí)驗(yàn)過程中可從大流量到小流量的順序進(jìn)行調(diào)整，這樣可以使加熱器的溫度逐步升高，對(duì)溫度高低容易

18、把握。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機(jī)。實(shí)驗(yàn) PLC控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解PLC控制開關(guān)量的方法；2.了解PLC控制模擬量的方法；3.了解用可控硅手動(dòng)控制電加熱器的原理和方法；4.了解用PLC通過可控硅自動(dòng)控制水溫的原理和方法；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖2 換熱器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測(cè)換熱器和測(cè)控系統(tǒng)組成，如圖1所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的熱水。程控的冷水源由變頻器拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和程控補(bǔ)熱電加熱器

19、組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的冷卻水。流程切換閥門組由輸配管道和12個(gè)球閥組成，負(fù)責(zé)流體內(nèi)外側(cè)切換和流向切換，切換控制閥位由計(jì)算機(jī)給出閥門燈光指示。被測(cè)換熱器由兩臺(tái)套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測(cè)控系統(tǒng)包括2個(gè)可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個(gè)流量變送器、2個(gè)差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺(tái)變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī))、2組PLC（1組作為運(yùn)行控制，1組作監(jiān)測(cè)）和1臺(tái)工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)管理）組成。系統(tǒng)組成如圖4所示。圖2測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測(cè)量流量的測(cè)量采用精度為0.5級(jí)，量程為4t/h的渦輪流量變

20、送器，安裝在循環(huán)水泵的出口。渦輪流量變送器將水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。水溫度的測(cè)量水溫采用Pt100鉑電阻作為傳感器，直接接入PLC上的RTD溫度采集模塊，經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。壓差的測(cè)量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測(cè)量中用作參考，采用0.5級(jí)的差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。水泵的控制水泵的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。水泵的轉(zhuǎn)速可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)

21、算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。風(fēng)機(jī)的控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。電加熱器的控制主、輔電加熱器的啟動(dòng)、停止均可在控制臺(tái)面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺(tái)面板上手工切換。主、輔加熱器的功率可以在控制臺(tái)面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在如果需要實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制，還可以利用PLC中的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行溫度的自動(dòng)跟蹤控制。三、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)步驟1. 首先確認(rèn)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)；2. 打

22、開控制柜門，在弱電柜（右側(cè)）找到兩臺(tái)PLC，觀察PLC與被控設(shè)備之間的電路，同時(shí)找出PLC與計(jì)算機(jī)的通信線路；3. 系統(tǒng)送電（最好由教師完成），關(guān)閉控制柜；將控制臺(tái)上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；4. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)測(cè)控程序；5. 打開試驗(yàn)臺(tái)調(diào)試面板，了解面板的布局；6. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運(yùn)行模式，按照實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；7. 啟動(dòng)熱水泵，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，觀察熱水流量的變化和內(nèi)管壓差的變化；8. 啟動(dòng)冷水泵，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，觀察冷水流量的變化和外管壓差的變化；9. 啟動(dòng)主加熱器，調(diào)節(jié)加熱功率，觀察熱水溫度的變化；10. 啟動(dòng)PID調(diào)節(jié)器，設(shè)定熱水溫度，PLC自動(dòng)

23、控制系統(tǒng)的溫度，觀察熱水溫度的變化；11. 改變調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察熱水溫度的變化；實(shí)驗(yàn)過程中可以用抓圖軟件記錄溫度的變化曲線；12. 觀察PID調(diào)節(jié)過程中熱水溫度的變化規(guī)律。13. 待熱水溫度恒定后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，依次關(guān)閉主加熱器、冷水泵和熱水泵。退出控制程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)要求1. 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，選定實(shí)驗(yàn)的流程；2. 預(yù)習(xí)有關(guān)PLC的知識(shí)，了解PLC的基本原理和主要功能特點(diǎn)；3. 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介、原始數(shù)據(jù)表格、實(shí)驗(yàn)中觀察的現(xiàn)象；對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的評(píng)價(jià)和總結(jié)。五、注意事項(xiàng)1. 系統(tǒng)使用之前，應(yīng)確保膨脹水箱中的水位達(dá)到溢流管的高度；2. 在使用手動(dòng)

24、調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（與正常順序相反）；3. 為了保護(hù)加熱器不超過允許使用溫度，避免水的汽化，手動(dòng)調(diào)試時(shí)應(yīng)先啟動(dòng)循環(huán)水泵，然后再啟動(dòng)加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保護(hù)；4. 實(shí)驗(yàn)過程中可從大流量到小流量的順序進(jìn)行調(diào)整，這樣可以使加熱器的溫度逐步升高，對(duì)溫度高低容易把握。5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機(jī)。六、思考題1. 計(jì)算機(jī)與是如何將控制指令下達(dá)到PLC的？2. 加熱器水溫控制的PID控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的？3. 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速是如何實(shí)現(xiàn)的？4. 采用熱電偶和熱電阻都可以測(cè)量溫度，在本實(shí)驗(yàn)中選用熱電阻有什么好處？

25、 5. 如果不采用PLC控制系統(tǒng)，那么需要哪些儀表才能實(shí)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制？6. 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用PLC控制有哪些優(yōu)點(diǎn)？實(shí)驗(yàn) 流動(dòng)阻力特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解換熱設(shè)備流動(dòng)阻力的測(cè)量方法，了解套管式水水換熱器內(nèi)管的阻力特性；2. 了解實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)量系統(tǒng)的原理及組成，熟悉流量、和壓差的測(cè)量方法；3. 測(cè)出阻力與流速、當(dāng)量局部阻力系數(shù)的關(guān)系并與流體力學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行比較。二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)流體力學(xué)理論，粘性流體在U型管內(nèi)的阻力與管道長度、直徑、雷諾數(shù)和粗糙度有關(guān)。由包括直管的阻力和彎頭的局部阻力兩部分管內(nèi)的流動(dòng)阻力與流速和粗糙度有關(guān)由于換熱管較短，用當(dāng)量局部阻力系數(shù)描述阻力特性是比較合適的。如果在實(shí)

26、驗(yàn)中測(cè)出流體的流量和被測(cè)段的壓差，就可以獲得當(dāng)量的阻力系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測(cè)換熱器和測(cè)控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的熱水。程控的冷水源由變頻器拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和程控補(bǔ)熱電加熱器組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的冷卻水。流程切換閥門組由輸配管道和12個(gè)電磁閥組成，負(fù)責(zé)流體內(nèi)外側(cè)切換和流向切換，切換控制在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。被測(cè)換熱器由兩臺(tái)套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。

27、測(cè)控系統(tǒng)包括2個(gè)可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個(gè)流量變送器、2個(gè)差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺(tái)變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī))、2組PLC（1組作為運(yùn)行控制，1組作監(jiān)測(cè)）和1臺(tái)工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)管理）組成。系統(tǒng)圖 換熱器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖組成如圖4所示。組成如圖4所示。圖測(cè)控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測(cè)量流量的測(cè)量采用精度為0.5級(jí)，量程為4t/h的渦輪流量變送器，安裝在循環(huán)水泵的出口。渦輪流量變送器將水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。3.水溫度的測(cè)量水溫采用Pt100鉑電阻作為傳感器，直接接入P

28、LC上的RTD溫度采集模塊，經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。4.壓差的測(cè)量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測(cè)量中用作參考，采用0.5級(jí)的差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。四、測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)步驟1. 首先確認(rèn)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)；2. 系統(tǒng)送電（最好由教師完成），將控制臺(tái)上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；3. 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)測(cè)控程序；4. 打開試驗(yàn)臺(tái)調(diào)試面板，了解面板的布局；5. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運(yùn)行模式，按照實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；6. 啟動(dòng)熱水泵，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，記錄熱水流量的變化和內(nèi)管壓差的變化；7. 啟動(dòng)冷水泵，

29、調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，記錄冷水流量的變化和外管壓差的變化；8. 改變調(diào)節(jié)參數(shù)，觀察熱水溫度的變化；實(shí)驗(yàn)過程中可以用抓圖軟件記錄壓差的變化曲線；9. 點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)顯示”組中“測(cè)量值實(shí)時(shí)曲線”項(xiàng)，學(xué)生可以看到換熱器內(nèi)、外側(cè)進(jìn)、出口壓差實(shí)時(shí)曲線，流量實(shí)時(shí)曲線；10. 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄拷貝出來，以便進(jìn)行整理；11. 退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)要求1. 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，擬定實(shí)驗(yàn)方案，選定實(shí)驗(yàn)的流量范圍；2. 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表格，記錄原始數(shù)據(jù)，并自行求得各工況對(duì)應(yīng)溫度下的物性參數(shù)；3. 參考實(shí)驗(yàn)測(cè)量軟件，將測(cè)量點(diǎn)描在（或計(jì)算機(jī)繪圖）坐標(biāo)紙上；4. 根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算被測(cè)管段的

30、當(dāng)量阻力系數(shù)，分析影響阻力系數(shù)的因素； 5. 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介、原始數(shù)據(jù)表格、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理過程和計(jì)算結(jié)果以及繪制的坐標(biāo)圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面的問題進(jìn)行討論分析等。五、注意事項(xiàng)1. 系統(tǒng)使用之前，應(yīng)確保膨脹水箱中的水位達(dá)到溢流管的高度；2. 在使用手動(dòng)調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（與正常順序相反）；3. 實(shí)驗(yàn)過程中可從大流量到小流量的順序進(jìn)行調(diào)整，這樣可以使加熱器的溫度逐步升高，對(duì)溫度高低容易把握。4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵。六、思考題1. 影響阻力系數(shù)數(shù)精度的主要因素有哪些？2. 為什么要采用變頻調(diào)

31、速水泵？3. 在換熱器傳熱系數(shù)的計(jì)算公式中并不包括差壓，但為什么要測(cè)量它？4. 差壓變送器應(yīng)如何安裝才能減小測(cè)量誤差？5. 如果不采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，那么需要哪些測(cè)量?jī)x表才能完成本實(shí)驗(yàn)？6. 本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量誤差的來源有哪些，應(yīng)如何控制。實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解計(jì)算機(jī)采集熱工測(cè)量數(shù)據(jù)的方法；2. 了解計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成；3. 了解以PLC為下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的組成；4. 熟悉溫度、流量和壓差數(shù)據(jù)的變送和測(cè)量方法；5. 測(cè)量熱水管路中的溫度、流量和壓差數(shù)據(jù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖 換熱器實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組

32、、被測(cè)換熱器和測(cè)控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的熱水。程控的冷水源由變頻器拖動(dòng)風(fēng)機(jī)的冷卻塔、變頻器拖動(dòng)的循環(huán)水泵和程控補(bǔ)熱電加熱器組成，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求向換熱器提供給定溫度和給定流量的冷卻水。流程切換閥門組由輸配管道和12個(gè)球閥閥組成，負(fù)責(zé)流體內(nèi)外側(cè)切換和流向切換，切換控制方式通過計(jì)算機(jī)給出閥門切換指示燈。被測(cè)換熱器由兩臺(tái)套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測(cè)控系統(tǒng)包括2個(gè)可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個(gè)流量變送器、2個(gè)差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺(tái)變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī))、2組PLC（1組作為運(yùn)行控制，1組作監(jiān)測(cè)）和1臺(tái)工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)管理）組成。系統(tǒng)組成如圖2所示。2. 水流量的測(cè)量流量的測(cè)量采用精度為0.5級(jí)，量程為5t/h的渦輪流量變送器，安裝在循環(huán)水泵的出口。渦輪流量變送器將水流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，接入到PLC的模擬量輸入端子，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號(hào)。3.水溫度的測(cè)量水溫采用Pt100鉑電阻作為傳感器，直接接入PLC上的RTD溫度采集模塊，經(jīng)模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。4.壓差的測(cè)量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱