汽車尾氣再循環(huán)冷卻器實驗臺研制

1、.PAGE ：.；PAGE 30北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計論文PAGE 11第一章 緒 論1.1實驗臺研討的現(xiàn)狀及意義近年來，由于人們對于環(huán)保問題日益注重，排放法規(guī)也越來越嚴厲。在我國，北京已于2021年3月1日曾經(jīng)率先運用國四排放規(guī)范，全國其他地域也將于2021年邁入國四規(guī)范。這些對于EGR技術(shù)提出了更高的要求，冷卻的EGR系統(tǒng)以其更優(yōu)的排放質(zhì)量曾經(jīng)成為了滿足排放規(guī)范的必要機內(nèi)凈化措施，并已成為國內(nèi)外汽車發(fā)動機滿足排放法規(guī)的必備配備。因此人們不斷努力于降低柴油機有害物排放，尤其是NOx(氮氧化物)和PM顆粒排放。廢氣再循環(huán)EGR冷卻器技術(shù)對降低柴油機的NOx排放有顯著效果，

2、是目前普遍采用的技術(shù)。其原理是將發(fā)動機排出的定量廢氣回送到混流器與新穎空氣混合后進入氣缸，由于廢氣再循環(huán)使得熄滅溫度降低，氧的相對濃度降低，NOx有害排放得以減少。冷卻器是廢氣再循環(huán)安裝中的重要元件，它經(jīng)過降低廢氣溫度，使廢氣再循環(huán)更有效。因此，必需盡能夠提高廢氣再循環(huán)冷卻器的冷卻效率，保證廢氣流過時壓力下降到規(guī)定的范圍，這是冷卻器構(gòu)造設(shè)計的首要目的。隨著EGR冷卻器制造技術(shù)的提高及國內(nèi)外市場的宏大需求看，我們面臨著一個緊迫的問題，就是冷卻器性能測試平臺的短缺。 調(diào)查顯示，很少有非換熱器公司具有EGR換熱器性能測試實驗臺，即使已有的實驗臺，其中多半的測試手段和方法已相對落后。根據(jù)本公司的實踐需

3、求，為了節(jié)省實驗本錢，廢氣用高溫燃氣發(fā)生器替代發(fā)動機來獲得，經(jīng)過以水氣換熱的殼管式EGR換熱器作根本模型，設(shè)計出一套自動化程度高、丈量準確、操作簡單、適用范圍廣的EGR換熱器性能實驗系統(tǒng)。對不同的EGR換熱器型式，經(jīng)過簡單的安裝，可以在本實驗臺系統(tǒng)上得到該換熱器的一系列性能參數(shù)，用丈量的溫度、流量、壓力等參數(shù)，來推算出傳熱系數(shù)與流速之間，流阻與壓力差之間的關(guān)系曲線和關(guān)系式，由此可對換熱器的傳熱性能進展評價和比較。所以我們這個智能化EGR冷卻器實驗臺的建立，對我國EGR產(chǎn)業(yè)的開展可以起到一定的推進作用。一方面可以為以后的EGR冷卻器的性能參數(shù)提供可靠方便的測試平臺；另一方面為以后我國制定EGR冷

4、卻器性能參數(shù)的行業(yè)規(guī)范提供有效數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。因此EGR實驗臺的建立迫在眉睫，也是我們國家以后開展所必需擁有的一項技術(shù)。1.2 EGR冷卻器簡介1.2.1冷卻廢氣再循環(huán)技術(shù)的原理研討闡明，高溫富氧是汽車尾氣排放中NOx主要的產(chǎn)生條件，廢氣再循環(huán)(EGR)技術(shù)的根本原理是將部分排氣引入進氣管，以提高混合氣中的廢氣成分，這樣一來，廢氣對新氣的稀釋作意圖味著降低了氧濃度，破壞了富氧的條件；另一方面，由于廢氣中含有的水蒸氣和二氧化碳等三原子分子，比熱容大，可以有效地降低氣缸內(nèi)的最高熄滅溫度，破環(huán)高溫的條件，從而到達降低NOx含量的目的。然而，直接將廢氣送入進氣管的EGR技術(shù)添加了進氣溫度，降低了熄滅效

5、率，因此也降低了燃油的經(jīng)濟性，同時提高了最高熄滅溫度，又使NOx的排放量添加?；诖巳毕萏岢龅睦鋮s的EGR技術(shù)是將再循環(huán)廢氣經(jīng)冷卻器冷卻后，再送入進氣端，進一步降低進氣溫度，更有利于降低NOx的排放，同時也改善了燃油的經(jīng)濟性。研討闡明：冷卻的EGR技術(shù)對于NOx，PM的排放以及燃油的耗費率都有積極的影響。冷卻的廢氣再循環(huán)技術(shù)并不要求過低的冷卻溫度，由于過低的EGR溫度不僅會導(dǎo)致水蒸氣和硫化物的凝結(jié)，呵斥汽缸壁的腐蝕和磨損，而且會導(dǎo)致EGR冷卻器尺寸增大，本錢添加。另外，還有學(xué)者提出：當(dāng)EGR率較小時，EGR冷卻與否對發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性影響相當(dāng)，但當(dāng)EGR率超越7之后，冷卻的EOR對發(fā)動機的燃油

6、經(jīng)濟性帶來不利影響，而在此范圍內(nèi)，冷卻與非冷卻對于氮氧化物的排放濃度的影響幾乎一致，印沒有明顯降低氮氧化物的排放卻犧牲了燃油的經(jīng)濟性。于是，又有學(xué)者對于不同負荷下的EGR冷卻溫度進展了研討，并設(shè)計了EGR冷卻溫度的控制安裝，根據(jù)不同的工況，自動控制EGR冷卻溫度，從而更進一步的降低NOx的排放。1.2.2 EGR冷卻器的性能要求和類型1EGR冷卻器的性能要求EGR冷卻器是一種換熱器，選型的規(guī)范很多，最根本的涉及待處置流體的類型、操作壓力、溫度、熱負荷和費用等。另外，用于對廢氣進展冷卻的EGR冷卻器不僅要滿足熱交換器的根本要求，還要滿足它本身冷卻溫度不能過低的特殊要求。過低的冷卻溫度將使排氣中的

7、水蒸氣凝結(jié)，與排氣中的含硫化合物結(jié)合構(gòu)成酸，呵斥對冷卻器及銜接納路的酸性腐蝕，降低冷卻器的壽命與可靠性。由于EGR冷卻器的冷卻對象是溫度較高的再循環(huán)廢氣，要求冷卻器在較小的換熱面積下實現(xiàn)大的熱量傳送，而且必需盡能夠提高廢氣再循環(huán)冷卻器的冷卻效率，同時還要順應(yīng)發(fā)動機振動大的特點。此種任務(wù)條件下對冷卻器的要求是：(1)冷卻器要耐高溫、耐腐蝕；(2)體積小、散熱效率高、壓力損失小、能防堵塞。2EGR冷卻器的類型綜合思索以上性能要求，目前運用到EGR冷卻器的換熱器可以分為兩種方式：管殼式換熱器和板翅式換熱器。管殼式換熱器是最傳統(tǒng)的經(jīng)過壁面進展換熱的安裝，它的研討與開展也最健全，而且得益于管殼式換熱器易

8、于制造，消費本錢低，選材范圍廣，傳熱外表清洗較方便，順應(yīng)性強，處置量大，具有高度任務(wù)可靠性，能接受高溫、高壓等優(yōu)點，很好的滿足了EGR冷卻器的根本任務(wù)要求，成為了EGR冷卻器最常見的方式，目前可見的管殼式EGR冷卻器有以下四種方式：光管式EGR冷卻器、螺紋管式EGR冷卻器、翅片式EGR冷卻器、螺旋折流板式EGR冷卻器。另外，板翅式換熱器作為高效換熱器的一種方式，以其構(gòu)造嚴密，輕巧，傳熱面積大，傳熱效率高的特點，亦被許多的EGR冷卻器所采用。3.高效EGR冷卻器如以下圖：a.改良構(gòu)造，提高廢氣金屬水的總傳熱效率。將管殼式改為平板式或疊層式或板翅式，有最大的氣金屬接觸面積。b.選用導(dǎo)熱系數(shù)更高的金

9、屬如鋁合金等并處理焊接等工藝問題等。常見EGR冷卻器的構(gòu)造及實物圖見附錄1.3、主要義務(wù)及目的義務(wù)：1.了解目前國內(nèi)汽車柴油機用EGR冷卻器的開展情況及國內(nèi)外EGR測試實驗臺的現(xiàn)狀。 2.深化了解所需實驗設(shè)備的性能目的及個元器件的市場價錢等，并為購置實驗臺設(shè)備提供參考信息及方案。 3.學(xué)習(xí)運用Lab VIEW編程軟件及實驗數(shù)據(jù)處置所需的部分算法，并完成實驗臺的控制程序的編寫。4.了解掌握實驗臺的設(shè)計流程圖，任務(wù)原理、任務(wù)過程及要求。目的：1.參與完成實驗臺的研制與建立并到達要求的性能目的。 2.完成對EGR冷卻器實驗臺控制方式的改良，即由手動儀表控制到計算機的自動化控制。 3.在完成實驗臺的根

10、底上，使設(shè)備的丈量精度提高，且設(shè)備本錢相對降低。第二章 總體設(shè)計方案根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范及換熱器性能實驗的實驗原理，首先對實驗系統(tǒng)的硬件進展了總體的設(shè)計，在此設(shè)計根底上搭建實驗臺并在建立過程中作出相應(yīng)的改良和調(diào)整。經(jīng)過實驗可以確定廢氣再循環(huán)EGR冷卻器的傳熱性能，給出不同定性溫度下傳熱系數(shù)與流速之間的關(guān)系，建立努謝爾準那么數(shù)與雷諾數(shù)之間的準那么方程式；確定EGR冷卻器的流體阻力性能，給出壓力降與流速之間的關(guān)系。2.1 智能化EGR冷卻器實驗臺性能要求：1. 有燃氣發(fā)生器作為氣源，其壓力為0.1-0.3mpa，溫度為200-600，流量為35-150KG/Hr可調(diào)。2. 有溫度流量可調(diào)的水源。3.

11、同時記錄進出氣與進出水的溫度和壓力。4. 自動計算和打印出各實驗點的熱流和總傳熱系數(shù)。冷卻器實驗臺流體流動表示圖2.2 實驗臺系統(tǒng)實驗臺系統(tǒng)由實驗臺本體、高溫燃氣發(fā)生器、空氣冷卻器、熱水源及可控硅溫度控制器五大件組成。五大件各自獨立，有較大靈敏性。系統(tǒng)簡圖示于圖4。圖4 換熱器性能實驗表示圖實驗臺本體構(gòu)造緊湊，實驗用的換熱器置于高溫燃氣發(fā)生器廢氣出口上。水箱、管路、水泵、渦輪番量計、調(diào)理閥、加熱器及電阻溫度計組合成一個獨立的冷卻熱水源。三相可控硅溫控安裝溫度控制精度為0.1。為了防止水中有雜質(zhì)與顆粒堵塞流量計并呵斥溫度計與壓力計的丈量誤差，管路中設(shè)計加裝過濾器，過濾器可以定期取出沖洗除污。冷卻

12、水的散熱系統(tǒng)除了水箱本身具有散熱才干外，冷卻水系統(tǒng)的管路中安裝空氣冷卻器，空氣冷卻器主要利用空氣來將熱水傳送給冷水的熱量帶走，冷卻介質(zhì)采用空氣，一是雖然思索到假設(shè)采用水冷，效果比空氣冷卻好，但是水資源的耗費較大；二是空氣資源非常豐富，且實驗過程中沒污染。換熱器中流體流動方式可認作為二次叉流，水-氣流向為逆流。需測參數(shù)合計11個：換熱器進、出水溫度和壓力4個，進、出廢氣溫度和壓力4個，大氣溫度，水流量及廢氣流量。水側(cè)和氣側(cè)進出口溫度用銅-康銅熱電偶丈量。水側(cè)進出口溫度測點tw1，tw2布置在換熱器進出口水管內(nèi)；進口空氣溫度測點ta1布置在緊靠換熱器的進口截面處，用3對熱電偶并聯(lián)進展丈量；空氣出口

13、溫度測點ta2布置在換熱器出口截面后的均溫段出口處，用9對熱電偶并聯(lián)進展丈量。換熱器內(nèi)水流量用渦輪番量計丈量，空氣流量用風(fēng)機進風(fēng)口內(nèi)的畢托管及微差壓傳感器進展丈量。實驗設(shè)計中，傳感器的選型與設(shè)計安裝是非常重要的，它們是實驗結(jié)果的精度與實驗系統(tǒng)設(shè)計勝利與否的關(guān)鍵。根據(jù)國家規(guī)范規(guī)定，流量計、溫度計與壓力計都有最低限制的要求，但不限制運用其他同等或更高精度的丈量儀表，詳細要求如下： 流量計：渦輪番量計應(yīng)安裝在程度直管段上，其渦輪上游直管段長度應(yīng)不小于20倍管徑，下游直管段長度應(yīng)不小于15倍管徑。在儀表的上游直管段起始端應(yīng)安裝過濾器；丈量廢氣流量的板孔式流量計可以安裝在程度或垂直管道上，安裝時必需留意

14、流體流向與流量計箭頭標示方向一致。丈量管段內(nèi)一切密封墊片，夾緊后不得突入管道內(nèi)，否那么會使流速紊亂，影響丈量精度。流量計前后要有足夠長的直管段。在新鋪設(shè)的管路上安裝流量計時，應(yīng)在清掃管線之后再安裝。 溫度丈量：測溫元件的感溫點應(yīng)位于管道中心，其維護管的插入深度L應(yīng)按溫度計運用闡明書的規(guī)定；溫度保溫管的安裝應(yīng)符合規(guī)定。當(dāng)管道公稱直徑大于Dg80mm時，垂直安裝法進展安裝；當(dāng)管道公稱直徑小于或等于Dg80mm時，可以傾斜安裝、在管道彎頭處安裝或在擴展管處安裝；測溫點的上、下游各處300mm范圍內(nèi)，保溫層應(yīng)盡能夠加厚，換熱器、混合器、測溫點之間的全部管線應(yīng)保溫良好。 壓力差壓丈量：靜壓測孔應(yīng)設(shè)置在間

15、隔 任何擾動區(qū)彎管、閥門等下游至少5倍管徑、上游至少2倍管徑處。靜壓測孔應(yīng)與測壁面垂直。水側(cè)和廢氣側(cè)進出口溫度用電熱阻溫度計丈量，水側(cè)和廢氣側(cè)進出口壓力用分散硅壓力傳感器丈量。換熱器內(nèi)水流量用渦輪番量計丈量，廢氣流量用板孔式流量計進展丈量。所用傳感器都采用屏蔽線與控制柜及計算機進展銜接，這是思索到遠間隔 傳輸中防止傳輸信號遭到干擾。為了方便校驗、觀測與控制，實驗系統(tǒng)采用了控制柜的儀表與計算機并行監(jiān)測現(xiàn)場信號的處置方法。在系統(tǒng)調(diào)試運轉(zhuǎn)正常后，將控制柜放置在現(xiàn)場，而中心部件計算機那么放置在計算機房，進展遠程控制，這樣也可以實現(xiàn)手動與自動兩種不同的控制方法。2.3 測控系統(tǒng)測控系統(tǒng)由溫度、壓力及流量

16、傳感器及變送器、控制柜內(nèi)的二次顯示儀表、I/V轉(zhuǎn)換板、AD板卡、DA板卡、變頻器、冷卻水泵、高溫熄滅器進氣控制閥及計算機組成完好的系統(tǒng)。系統(tǒng)中運用的電熱阻溫度計輸出電流信號，渦輪番量計輸出脈沖信號，分散硅壓力計輸出電流信號，溫度與流量信號都送往控制柜中的二次顯示儀表與計算機并聯(lián)顯示，一切的可遠傳信號最后都變成電流信號送往I/V轉(zhuǎn)換板，經(jīng)AD板卡變成數(shù)字信號后被計算機接納?？刂品椒ú捎玫姆错懣刂?，主要對制冷劑即水流量和高溫燃氣發(fā)生器的負荷進展控制，由計算機傳出的控制量經(jīng)DA板卡變成模擬信號后送變頻器來調(diào)理控制冷水泵的轉(zhuǎn)速，和高溫燃氣發(fā)生器的進氣閥門開度和燃油泵的轉(zhuǎn)速，從而到達控制流量的目的。圖五

17、 換熱器性能實驗測控系統(tǒng)表示圖測試系統(tǒng)組成見以下圖6所示圖六 原理接線圖第三章 實驗臺測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計及數(shù)據(jù)處置3.1 硬件選擇3.1.1實驗臺本體(包括風(fēng)源箱)(a)風(fēng)機：風(fēng)量：800 m3/h、風(fēng)壓：580 Pa；出風(fēng)口尺寸：233155 mm；進風(fēng)口測速段直徑： mm(b) 換熱器：換熱器為一緊湊的翅片管間壁式散熱器，由銅管束套皺折的整體鋁翅片構(gòu)成。構(gòu)造參數(shù)為 管束：紫銅管管外徑： do=8 mm； 管內(nèi)徑： di=7.2 mm管節(jié)距： 橫向： s1=18.5 mm； 縱向： s2=28 mm翅片：鋁質(zhì)、皺折、整片翅片厚 =0.1 mm；翅片距 t=1 mm； 翅片數(shù)：m=231水側(cè)構(gòu)

18、造尺寸：橫向管數(shù)：n1=8； 縱向管排數(shù)：n2=2總管數(shù)：n=n1n2=16水側(cè)并聯(lián)管數(shù)：n3=n1=8管子總長度： =n通道面積：FW = ?n3 ?di4氣側(cè)構(gòu)造尺寸：通道尺寸：a=233 mm，b=155 mm，h=42 mm迎風(fēng)面積：fa=ab換熱總面積：Aa=2bhm2 d02. /4nm (a-m)2d0n 特征尺寸：Da=4V Aa =4abh Aa3.1.2 高溫燃氣發(fā)生器燃氣溫度范圍：150550;燃氣流量范圍：040000L/h；可調(diào)理燃油和空氣的比值。詳細型號、構(gòu)造參數(shù)待定。由于柴油機和汽油機一樣，每個任務(wù)循環(huán)也閱歷進氣、緊縮、作功和排氣四個過程。但由于柴油粘度比汽油大，

19、不易蒸發(fā)，但自燃溫度卻低于汽油，故柴油機可燃混合氣的構(gòu)成和熄滅方式與汽油機不同。所以選擇柴油機。圖1-4為四行程柴油機表示圖。圖七 柴油機在進氣沖程吸人的是純空氣，在緊縮沖程接近終了時，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，經(jīng)過噴油器以霧狀噴人氣缸，在很短時間內(nèi)與緊縮后的高溫空氣混合，構(gòu)成可燃混合氣。因此，柴油機的可燃混合氣是在氣缸內(nèi)部構(gòu)成的。由于柴油機的緊縮比高，所以緊縮終了時氣缸內(nèi)空氣壓力可達3.54.5MPa，溫度高達7501000K，大大超越柴油的自燃溫度，故柴油噴人氣缸后，在很短的時間內(nèi)即自行著火熄滅，燃氣壓力急劇上升到69MPa，溫度升高到20002500Ko在高壓氣體推進下，活

20、塞向下運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。廢氣同樣經(jīng)排氣門、排氣管等處排人大氣。3.1.3 換熱器圖八為冷卻效率對比實驗用冷卻器的構(gòu)造圖，兩種冷卻器的外形尺寸一樣，均由19根直徑一樣的冷卻管組成，管外徑為12mm，光管內(nèi)徑為10mm，翅片管內(nèi)翅片高度為1mm,內(nèi)徑為8mm，兩種冷卻器的散熱面積一樣，均為0.14m2，光管冷卻器氣流通路面積為1491.5mm2，翅片管冷卻器的氣流通路面積為955mm2。實驗時，兩種冷卻器所用冷卻劑流量堅持一樣，兩種冷卻器的冷卻管均為新管。圖八 兩種冷卻器根本尺寸參數(shù)換熱器冷卻器是將熱流體的部分熱量傳送給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。在一個大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容

21、器內(nèi)有管道穿過。讓熱水從管道內(nèi)流過。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會構(gòu)成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳送，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水。以平板和翅片作為傳熱元件的換熱器。它主要由板束和封頭等構(gòu)成。板束中有假設(shè)干通道。在每層通道的兩平板間放置翅片，并在兩側(cè)用封條密封。根據(jù)流體流動方式不同，冷、熱流體通道間隔迭置、陳列并釬焊成整體，即制成板束。兩流體流動方式有逆流、錯流和錯逆流等。A、B流體分別由入口封頭經(jīng)一分配段的導(dǎo)流片導(dǎo)入各自的板束通道，再經(jīng)另一分配段的導(dǎo)流片導(dǎo)至出口封頭而引出，兩流體呈逆流間壁換熱。常用的翅片有平直、多孔、鋸齒和波紋等方式

22、。板翅式換熱器的主要優(yōu)點是：效能高。因翅片對流體的擾動，使構(gòu)成熱阻的邊境層不斷更新，傳熱系數(shù)普通為管殼式換熱器的3倍;而且在小溫差(1.52)下,熱(冷)量回收效果好。用于氣-氣換熱時效果最好。緊湊。因大部分熱量是經(jīng)翅片經(jīng)過平板傳送，設(shè)備單位體積的傳熱面積可達1500米 /米 。分量輕 傳熱面積一樣時，分量近于管殼式換熱器的 1/5。鞏固。因板束為一整體件而且翅片在兩平板間起支承作用，故可接受較高的任務(wù)壓力。此外，還可在同一設(shè)備中實現(xiàn)多種流體同時換熱。但板翅式換熱器通道狹小、易堵塞，清洗維修較困難，制造工藝較復(fù)雜。它大多用鋁合金制造，也可用銅、不銹鋼和鈦等。由于鋁具有良好的低溫性能、分量又輕，

23、故鋁制板翅式換熱器特別適用于制氧、乙烯和氦液化等深低溫設(shè)備，也可用于動力安裝中。鋁制板翅式換熱器普通用于設(shè)計壓力小于 6.3兆帕、設(shè)計溫度為+200-270的場所。中國、美國、英國和日本等都已消費板翅式換熱器。板翅式換熱器的開展趨勢是：提高翅片精度和釬焊質(zhì)量，添加種類和規(guī)格，加強對翅片性能、多股流和有相變工況下的傳熱機理研討等。圖九 冷卻器解剖圖3.1.4 熱水源水箱尺寸：440250550mm水泵：流量：0.6m3/h；壓力：0.1MPa電機功率：80W，220V；電加熱器：共3只，每只3kW，220V水源溫度：80-1003.1.5 可控硅溫度控制器型號：DWK型三相溫控安裝輸入信號：熱電

24、阻Pt100(WZP-231型)輸出功率：三相10kW；輸入電源：三相380V1可控硅溫度控制器的運用選擇優(yōu)良耐火資料如高級氧化鋁、耐火纖維和輕質(zhì)磚做成的爐體是關(guān)鍵的一環(huán)，以硅鉬棒、硅碳棒等電加熱元件提供熱源的溫度控制設(shè)備采用可控硅溫度控制器，爐況穩(wěn)定，爐溫控制效果在實時性和控制精度方面有顯著提高。而采用計算機和pci總線控制后，一臺計算機可以同時控制多臺電阻爐，不但實現(xiàn)了程序自動控制，而且可以多點溫度顯示記錄儲存和報警等功能，系統(tǒng)使觸發(fā)電路等大部份部件互換，可以使傳統(tǒng)的設(shè)備得到晉級。這樣設(shè)備管理任務(wù)實現(xiàn)自動化，對設(shè)備的維護和維修比較簡單。2可控硅溫度控制器的組成與原理溫度丈量與控制是熱電偶采

25、集信號經(jīng)過pid溫度調(diào)理器丈量和輸出010ma或420ma控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐堅持在設(shè)定的溫度任務(wù)形狀?？煽毓铚囟瓤刂破饔芍骰芈泛涂刂苹芈方M成。主回路是由可控硅，過電流維護快速熔斷器、過電壓維護rc和電阻爐的加熱元件等部分組成?？刂苹芈肥怯芍绷餍盘栯娫?、直流任務(wù)電源、電流反響環(huán)節(jié)、同步信號環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器、溫度檢測器和pid溫度調(diào)理器等部分組成。3可控硅主要參數(shù)a.額定電壓斷態(tài)反復(fù)峰值電壓u。：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許反復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。反向反復(fù)峰值電壓：在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許反復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。通

26、常取可控硅的和中較小的標值作為該器件的額定電壓。選用時，額定電壓要留有一定裕量，普通取額定電壓為正常任務(wù)時晶閘管所接受峰值電壓23倍。b.額定電流可控硅在環(huán)境溫度為40c和規(guī)定的冷卻形狀下，穩(wěn)定結(jié)溫不超越額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。運用時應(yīng)按實踐電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原那么來選取可控硅并非應(yīng)留一定的裕量，普通取152倍。4安裝和操作由于可控硅溫度控制器的主回路電流都比較大，因此選擇適宜的線路電纜直徑線路是非常重要的，并且要確保線路的可靠銜接，防止負載短路擊穿可控硅；思索到可控硅電流突變時較易損壞，開爐時要手動調(diào)理使電流緩慢上升，關(guān)爐時要關(guān)小電流。3.1.6 空氣

27、冷卻器 主要利用空氣來將廢氣傳送給水的熱量帶走，冷卻介質(zhì)采用空氣。型號和詳細構(gòu)造參數(shù)待定。3.1.7 丈量儀器和傳感器a.進出水溫暖進出氣溫用電熱阻溫度計；大氣溫度用銅-康銅熱電偶。b. 進出水壓和進出氣壓均用采用HB9500型分散硅壓力傳感器。c.水流量用LWGY-10A型渦輪番量計。根本誤差1%。d.廢氣流量用板空式流量計，詳細型號待定。e. 數(shù)據(jù)采集處置系統(tǒng)，包括： (i) HP34970A數(shù)據(jù)采集單元及功能插板；(ii) 計算機；(iii) HP82350A接口板；(iv) 接口電纜。3.2 丈量儀表3.2.1熱電阻溫度計常用的熱電偶溫度計雖然價錢廉價，但精度低。熱電阻溫度計丈量精度高

28、，丈量范圍為13.8K903.8K，可作為規(guī)范溫度計，且不需求冷端補償，可以遠傳等優(yōu)點。熱電阻溫度計分別安裝在冷卻水進出口和廢氣進出口的管路上，插入中心位置，以丈量進出EGR換熱器的冷水或廢氣的溫度差。系統(tǒng)采用鉑電阻溫度計精度等級為0.1級。顯示儀表配備用AI-808P型人工智能工業(yè)調(diào)理器。鉑電阻溫度計配有SBWZ型一體溫度變送器，將它與熱電阻配合，可以輸出420mA的電流，送與二次顯示儀表，二次顯示儀表在顯示數(shù)據(jù)的同時，再將丈量信號轉(zhuǎn)換420mA的電流輸出，送給I/V轉(zhuǎn)換板，經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)變成電壓后，由AD卡采入計算機中儲存、處置。3.2.2 壓力計壓力丈量采用HB9500型分散硅壓力傳

29、感器。該壓力傳感器屬固體應(yīng)變式壓力傳感器，可安裝于管路上，用來延續(xù)丈量液體、氣體、蒸汽的壓力，可將被丈量信號轉(zhuǎn)換成420mA直流電信號輸出。丈量信號經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換板變成電壓后，由AD卡采入計算機中。分散硅原理，有表壓、絕壓和差壓產(chǎn)品；有隔離充油金屬膜片ISO、雙列直插DIP、TO8、外表貼裝SO8等；多種封裝構(gòu)造，可運用于各種相應(yīng)丈量場所。 任務(wù)原理：被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上不銹鋼或陶瓷，使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的規(guī)范丈量信號。分散硅壓力傳感器主要運用于： 醫(yī)療器械監(jiān)護儀器、呼吸機； 丈量

30、儀器及實驗設(shè)備；工業(yè)控制及設(shè)備檢測；能源及動力設(shè)備；汽車設(shè)備、配件及制造行業(yè)；航空、航天、航海及軍事領(lǐng)域。圖十ICSensors分散硅壓力傳感器芯體應(yīng)變式壓力傳感器straingauge pressure transducer：利用彈性敏感元件和應(yīng)變計將被測壓力轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電阻值變化的壓力傳感器。應(yīng)變計中運用最多的是粘貼式應(yīng)變計(即應(yīng)變片)。它的主要缺陷是輸出信號小、線性范圍窄,而且動態(tài)呼應(yīng)較差(見電阻應(yīng)變計、半導(dǎo)體應(yīng)變計)。但由于應(yīng)變片的體積小,商品化的應(yīng)變片有多種規(guī)格可供選擇，而且可以靈敏設(shè)計彈性敏感元件的方式以順應(yīng)各種運用場所，所以用應(yīng)變片制造的應(yīng)變式壓力傳感器仍有廣泛的運用。按彈性敏感元

31、件構(gòu)造的不同,應(yīng)變式壓力傳感器大致可分為應(yīng)變管式、膜片式、應(yīng)變梁式和組合式4種。3.2.3 渦輪番量計和板孔式流量計渦輪番量計：該流量計具有精度高，慣性小，復(fù)現(xiàn)性好，輸出頻率信號抗干擾才干強等優(yōu)點。此類流量計的輸出為脈沖信號，必需與相關(guān)顯示儀表配套運用。系統(tǒng)采用LWGY型渦輪番量計，精度等級為0.5級。顯示儀表配用XSL-1B型智能流量顯示儀表，由現(xiàn)場采集的流量信號由流量計輸出脈沖信號，此脈沖信號被送到XSL-1B型智能流量顯示儀表，該儀表在顯示數(shù)據(jù)的同時可以輸出模擬信號，輸出420mA(DC)的電流。電流信號在經(jīng)過I/V轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換變成電壓信號后，經(jīng)AD卡送計算機。板孔式流量計：又稱為差壓式流

32、量計，是由一次檢測件(節(jié)流件)和二次安裝(差壓變送器和流量顯示儀)組成，廣泛運用于氣體、蒸汽和液體的流量丈量。具有構(gòu)造簡單，維修方便，性能穩(wěn)定，運用可靠等特點?？装骞?jié)流安裝是規(guī)范節(jié)流件可不需標定直接按照國家規(guī)范消費，1.國家規(guī)范GB2624-81流量丈量節(jié)流安裝的設(shè)計安裝和運用；2.國際規(guī)范ISO5167國際規(guī)范組織規(guī)定的各種節(jié)流安裝；3.化工部規(guī)范GJ516-87-HK06。任務(wù)原理：充溢管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流安裝，在節(jié)流件附近呵斥部分收縮，流速添加，在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差。該流量計構(gòu)造結(jié)實,性能穩(wěn)定可靠,運用壽命長。此類流量計的輸出為壓差型號，必需與差壓變送器連用。3.3 控制系

33、統(tǒng)控制系統(tǒng)主要由變頻器、AD卡、DA卡、漏電維護安裝、溫度調(diào)理器及計算機組成。3.3.1 變頻器流量調(diào)理的機構(gòu)采用1PF11K,1PF7.5型SANKen變頻器，該變頻器可把感應(yīng)電機用作可變速驅(qū)動安裝，經(jīng)過改動變頻器電流頻率來調(diào)理電機轉(zhuǎn)速，從而到達調(diào)理流量的目的。變頻器的輸入信號由計算機經(jīng)過DA卡輸入，其輸入信號為電壓，范圍為010V。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制安裝?？煞譃榻唤蛔冾l器，交直交變頻器。交交變頻器可直接把交流電變成頻率和電壓都可變的交流電；交直交變頻器那么是先把交流電經(jīng)整流器先整流成直流電，再經(jīng)過逆變器把這個直流電流變成頻率和電壓都可變的

34、交流電。3.3.2 AD卡及DA卡本系統(tǒng)采用中泰公司的PC6313數(shù)模及模數(shù)轉(zhuǎn)換卡，AD卡與DA卡是集成在一塊電路板上，總線構(gòu)造為ISA總線。1模入部分：輸入通道為單端32路，A/D轉(zhuǎn)換速度為10us，分辨率為12位。2模出部分：DA卡轉(zhuǎn)換分辨率位12位，輸出可為電流輸出，也可為電壓輸出。轉(zhuǎn)換形狀可以有程序查詢，也可用中斷方式通知CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。采集的數(shù)據(jù)變成數(shù)字信號送到計算機后，在計算機中經(jīng)控制算法處置，然后將數(shù)字信號送于DA卡并由DA卡轉(zhuǎn)換成為模擬信號，模擬信號傳輸給變頻器，變頻器在接到計算機的電壓信號后，經(jīng)過改動交流電頻率來改動水泵的轉(zhuǎn)速，從而改動流過換熱器的流量，使流量到達操作員所

35、想象的結(jié)果。3.3.3 溫度調(diào)理器本系統(tǒng)采用可控硅溫控安裝，型號：DWK型三相溫控安裝，輸入信號：熱電阻Pt100(WZP-231型)，輸出功率：三相10kW；輸入電源：三相380V。其運用方法：操作界面引見見以下圖圖十一 可控硅溫控安裝操作界面2操作步驟：1接好電阻溫度計；接妥三相電源；2翻開總電源開關(guān)，那么電源指示燈亮；3按XTMA-1912數(shù)顯調(diào)理儀功能鍵“FUN和加數(shù)鍵“?或減數(shù)鍵“?選擇“SP設(shè)定參數(shù)功能，進展被控溫度設(shè)定值及調(diào)理參數(shù)PID的設(shè)定，也可進展溫度上下限報警值的設(shè)定；4手動/自動切換開關(guān)置于手動位置，把手動調(diào)理電位器調(diào)到零位，按主回路合閘按鈕綠色按鈕使主回路通電，調(diào)理手動

36、電位器從0到100%，電壓表及電流表應(yīng)從最小平穩(wěn)變化到最大，且三相應(yīng)根本平衡，那么表示正常，假設(shè)三相很不平衡、那么可交換輸入電源線的相序再試；5手動/自動開關(guān)置于自動位置，XTMA-1912調(diào)理儀即自動對水箱水溫進展控制；6假設(shè)水溫超越報警上限，那么響警鈴，亮紅色報警燈，同時自動斷開主電源，負載停頓加熱。復(fù)位需手動，待降溫后重新加熱，或檢查缺點；7任務(wù)終了，手動/自動開關(guān)置手動，手動調(diào)理電位器置零位。按紅色主回路斷開按鈕切斷主電源，關(guān)掉儀表電源。3.3.4 計算機系統(tǒng)采用一臺IBM型號待定的筆記本，不選用工控機是由于所選用的筆記本電腦具有性能好，系統(tǒng)功能更強的特點，可以實現(xiàn)實驗控制與數(shù)據(jù)丈量，

37、攜帶方便，同時可以在漫長的實驗過程中進展文娛活動。3.4 實驗原理及實驗數(shù)據(jù)處置3.4.1 計算公式 (1) 水流量 實測( ) 3-1 (2) 進口水溫 實測 () 3-2(3) 水進出口溫差 w實測 () 3-3(4) 出口水溫 w () 3-4 (5) 水阻w w實測 ( 3-5(6) 氣流量實測 ( ) 3-6 (7) 氣進溫 實測 () 3-7(8) 氣進出口溫差 實測 () 3-8(9) 氣出溫 () 3-9 (10) 氣阻 實測 ( ) 3-10(11) 水側(cè)放熱量w ( ) 3-11 (12) 氣側(cè)吸熱量 ( ) 3-12 (13) 氣水對數(shù)平均溫差(逆流布置) () 3-13

38、 (8) (14) 傳熱系數(shù) ( ) 3-14 (15) 水規(guī)范散熱量 ( ) 3-15(16) 氣水熱平衡誤差 ( ) 3-16 (17) 氣水冷卻效率 ( ) 3-17 (18) 液側(cè)外表傳熱系數(shù)的計算 18.1 管內(nèi)流速 ( ) 3-1818.2計算管內(nèi)雷諾數(shù) 3-19式中： 管子內(nèi)徑， -水的運動粘度，以水的平均溫度用插值法查傳熱書得到； 18.3 液側(cè)外表傳熱系數(shù)計算 ( ) 3-20 式中： 水的導(dǎo)熱系數(shù)，以水的平均溫度用插值法查傳熱學(xué)書得到； 3.4.2 測定換熱器傳熱系數(shù)及其變化規(guī)律在某一穩(wěn)定工況下冷卻水在換熱管外流動，其吸熱量為 Qw=Mwcpw(tw2-tw1) (W) 3

39、-21空氣在換熱管內(nèi)流過，放熱量為 Qa=Mgcga(tg1-tg2)(W) 3-22以Qw和Qg的平均值作為換熱器的換熱量，即 Q=(Qw+Qg)/2 (W) 3-23換熱器的熱平衡誤差為： 3-24誤差 tg2tw1時 3-26當(dāng)tg1tw2 = tg2tw1時 =(tg1tw2) 3-27當(dāng)tg1tw2 tg2tw1時 3-28換熱器任務(wù)時，廢氣流速、水速及水溫的變化對傳熱系數(shù)K都有影響，其中廢氣流速影響較大。實驗時，控制閥門開度維持穩(wěn)定的水流量，由溫控器堅持穩(wěn)定的水溫，然后多次改動廢氣流量進展實驗，可得出某水溫、某水流量下傳熱系數(shù)隨空氣流量的變化規(guī)律。3.4.3 EGR冷卻器冷卻效率的

40、測定EGR冷卻器冷卻效率的定義： 3-8設(shè)定冷卻劑即水進口溫度為一定值時，丈量廢氣冷卻前后的壓力、溫度以及冷卻劑在冷卻前后的實踐壓力、溫度變化值。例：設(shè)定冷卻劑進口溫度為90時，某冷卻器的實驗值如下表：測試序號tw1pw1kPatg1pg1kPatg2pg2kPatw2pw2kPa191260420600163580952002922504851050188103097190391210418350171320951634922005007251877009715859023029612515810092180690280330230187200932107913503323151702859

41、325089131042012601451260942203.5 實驗步驟及本卷須知3.5.1 控制方式及功能 丈量方法是根據(jù)穩(wěn)態(tài)丈量方法，即當(dāng)系統(tǒng)到達穩(wěn)定時，將被丈量參數(shù)采集下來，并經(jīng)過如下公式，進展計算，最終得出數(shù)據(jù)整理結(jié)果。 在進入丈量界面之前，被測實驗件型號、制造單位、設(shè)定溫度、傳熱面積、流量范圍等輸入值均以人機對話的方式輸入計算機。實驗臺運轉(zhuǎn)時，在屏幕上實時更新顯示兩側(cè)的形狀參數(shù)和變化趨勢圖，如常氣的進出口溫度、流量、流阻，被控制的量的現(xiàn)形狀以及如控制按鈕和模擬量輸出情況等。實驗過程中，系統(tǒng)的溫度、流量、加熱功率可依托計算機進展調(diào)理、切換等，當(dāng)實驗件的水進口溫度穩(wěn)定在某一工況且系統(tǒng)處

42、于熱平衡大流量工況 ,小流量工況 形狀時，進展數(shù)據(jù)的采集采集有兩種方式，一種是由計算機自動采集，另一種計算機鍵盤采集、計算、整理，打印實驗數(shù)據(jù)。3.5.2實驗步驟1接通可控硅溫控安裝電源，開啟溫控安裝，設(shè)定熱水的加熱溫度；2開啟回水閥，開啟水泵，改動調(diào)理閥開度調(diào)理水流量；3開啟風(fēng)機，將風(fēng)門開到最大開度；4開啟高溫燃氣發(fā)生器，最大負荷；5待水溫到達設(shè)定溫度并穩(wěn)定30分鐘后，讀取有關(guān)數(shù)據(jù)留意水流量也應(yīng)穩(wěn)定；6逐次減小高溫燃氣發(fā)生器的負荷改動實驗工況，每改動一次工況穩(wěn)定30分鐘后再讀數(shù)據(jù)。3.5.3 本卷須知1. 熱水溫度普通設(shè)定在60；2.水流量普通選在5001800L/h左右；3.測傳熱系數(shù)K時

43、，維持恒定水流量，改動不同的高溫燃氣發(fā)生器的負荷進展實驗。4. 可控硅溫控安裝設(shè)定熱水溫度普通取60；5. 水流量普通選在0.080.1kg/s(渦輪番量計的頻率數(shù)約在300400Hz)；6. 為使輸給溫控安裝信號的電阻溫度計能感遭到水箱的水溫，回水閥不能關(guān)死；7.采集單元功能插板中各被測參數(shù)的通道號為：ch1大氣溫度T0ch2空氣進口溫度Ta1ch3空氣出口溫度Ta2ch4水進口溫度Tw1ch5水出口溫度Tw2ch6壓差傳感器ch7渦輪番量計3.5.4 實驗數(shù)據(jù)輸出1打印或抄錄實驗數(shù)據(jù)表； 2. 規(guī)范傳熱量與氣側(cè)雷諾數(shù)的關(guān)系曲線； 3. 傳熱系數(shù)與氣側(cè)雷諾數(shù)的關(guān)系曲線； 4. 阻力壓降與氣側(cè)

44、雷諾數(shù)的關(guān)系曲線。心得領(lǐng)會 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生綜合學(xué)習(xí)的一個難得的時機，同時它也是檢驗這幾年大學(xué)學(xué)習(xí)程度的一個時機。在設(shè)計中涉及到的知識面很廣，它需求我們查閱大量的資料，從中汲取對設(shè)計有協(xié)助 的東西來到達一個優(yōu)化的目的。在設(shè)計過程中一定有我們以前沒有學(xué)習(xí)過的新知識需求我們自學(xué)，這就是需求耐心，需求刻苦的研討和琢磨，特別是對于各部分的銜接是經(jīng)過論證后得出的。 經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計，真正的學(xué)習(xí)到了不少的東西，特別是對于本人動腦思索問題，動手處理問題的才干無疑是上了一個臺階，讓本人知道了從事技術(shù)方面的學(xué)生扎實的根本功是必不可少的，對于創(chuàng)新才干的培育和加強得引起高度的注重，光課堂的學(xué)習(xí)是不夠的，經(jīng)過自學(xué)時提高的一

45、個途徑，可以將所學(xué)到的知識和自學(xué)的新知識柔和在一同已證明了我們具有一定的才干。當(dāng)然了，方案一定能再次得到優(yōu)化，這是以后在任務(wù)中需求繼續(xù)思索的問題。參考文獻1 向飛、羅馬吉：J，2021年第7期2 李志強、胡瑞玲、劉景平：J，2002年第12期。3 房克信、鄧康耀、鄔靜川： J，2004年第6期。4 姚春德、敬章超、傅曉光、劉文勝、傅德才：J，2003年第6期。5 李愛娟、郭新民、劉剛、?；洹O新年：J，2021年第1期。6 李愛娟：C，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2021年。7 HYPERLINK s.wanfangdata/paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85

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49、INK s.wanfangdata/paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e9%ab%98%e6%b0%b8%e5%b9%b3%22+DBID%3aWF_QK 高永平、 HYPERLINK s.wanfangdata/paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e7%8e%8b%e8%b0%a6%22+DBID%3aWF_QK 王謙、 HYPERLINK s.wanfangdata/paper.aspx?f=detail&q=%e4%bd%9c%e8%80%85%3a%22%e7%bd%97%e6%96%b0%e6%b5%a9%22+DBID%3aWF_QK 羅新浩：N。2004年第6期。10陳世醒,張克錚,張強：J.撫順石油學(xué)院,1998,18(3):31-35.11張克錚,陳世醒,張強：J.撫順石油學(xué)院學(xué)報,1998,18(3):36-38.12楊軍：J.撫順:遼寧石油化工大學(xué),2005附 錄名詞解釋熱流：是在導(dǎo)熱物體中單位時間內(nèi)經(jīng)過垂直于傳熱方向