80210165 專業(yè)基礎(chǔ)綜合實驗指導(dǎo)書

1、目 錄實驗一 流動與傳熱綜合實驗1實驗1換熱器傳熱系數(shù)的測定 1實驗 溫度控制實驗 9實驗 PLC控制實驗13實驗 流動阻力特性實驗 17實驗 數(shù)據(jù)采集實驗 21實驗二 換熱器綜合實驗 24實驗三 氣液兩相流實驗指導(dǎo)書 30實驗1 垂直上升管中氣液兩相流特性實驗31實驗2 傾斜管中氣液兩相流特性實驗 36實驗3 氣液兩相流流經(jīng)孔板的特性實驗40實驗4 氣液兩相流流經(jīng)文丘里管的特性實驗44實驗5 水平集箱和垂直并聯(lián)管管道系統(tǒng)的特性實驗 47附錄一 電磁流量計51附錄二 渦輪氣體流量計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實驗四 平板氣膜冷卻實驗臺實驗55附

2、錄一 液晶測溫基本原理及液晶保存噴涂注意事項58附錄二 數(shù)采程序使用說明59實驗五 離心泵并聯(lián)及工況調(diào)節(jié)實驗6792實驗一 流動與傳熱綜合實驗實驗 換熱器傳熱系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?. 了解換熱器傳熱系數(shù)的測定方法，測定套管式水水換熱器的傳熱系數(shù)；2. 了解實驗裝置和測量系統(tǒng)的原理及組成，熟悉溫度、流量、和壓差的測量方法；3. 掌握換熱器傳熱系數(shù)測定實驗數(shù)據(jù)的處理方法。二、實驗原理根據(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算出換熱面積，根據(jù)相關(guān)的計算公式或圖表可計算出水的比熱，在穩(wěn)態(tài)工況下，測出熱水和冷水的，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)計算出換熱器的傳熱系數(shù)在換熱器傳熱系數(shù)的測定實驗中，可以通過改變水流量和進(jìn)口溫度來測定不同工況條件下的傳熱系數(shù)，也可以通過更換介質(zhì)的相對流向測定不同流量時的傳熱系數(shù)，還可以更換不同采取了強化傳熱

4、措施的換熱面來考察傳熱的增強效果。三、實驗設(shè)備及測量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖3 換熱器實驗裝置示意圖實驗裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測換熱器和測控系統(tǒng)組成，如圖3所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實驗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風(fēng)機的冷卻塔、變頻器拖動的循環(huán)水泵和程控補熱電加熱器組成，根據(jù)實驗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，切換控制由計算機給出閥門的燈光指示。被測換熱器由兩臺套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)

5、需要更換。測控系統(tǒng)包括2個可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個流量變送器、2個差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機)、2組PLC（1組作為運行控制，1組作監(jiān)測）和1臺工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實驗管理）組成。系統(tǒng)組成如圖4所示。圖測控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測量流量的測量采用精度為0.5級，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轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。3. 水溫度的測量水溫采用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。4. 壓差的測量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測量中用作參考，采用0.5級的差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。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、測試方法及實驗步驟1. 首先啟動計算機，點擊電腦桌面上的“換熱器試驗臺”圖標(biāo)，運行測控程序；本實驗系統(tǒng)按以下步驟進(jìn)行操作：l 實驗臺調(diào)試ll 該操作由教工完成，具體操作如下：l 首先點擊“教工身份驗證”按鈕,教工可進(jìn)行身份驗證以獲得圖示工具欄所列功能的操作權(quán)限，然后點擊“實驗臺調(diào)試”

7、按鈕進(jìn)入實驗臺調(diào)試界面，進(jìn)行實驗臺設(shè)備調(diào)試。l 實驗臺設(shè)備運行正常后，點擊“停止教工工作”按鈕完成此步驟。l 實驗選擇l 該操作由學(xué)生完成。具體操作如下：l 學(xué)生可在“實驗選擇”組所列項目中點選將要做的實驗,并在對應(yīng)界面中錄入實驗成員學(xué)籍編號。學(xué)生可在文本框中錄入實驗小組成員學(xué)籍編號,然后鍵入回車鍵, 學(xué)籍編號便加入至列表框中。點擊“重置”按鈕將會清除列表框中所有實驗小組成員學(xué)籍編號。點擊“確定”按鈕將會進(jìn)入實驗設(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”組對應(yīng)界面中根據(jù)將要做實驗的傳熱介質(zhì)流程，先設(shè)置對應(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

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

9、出實驗程序，關(guān)閉計算機，結(jié)束實驗。五、實驗要求1. 預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，掌握實驗原理和實驗方法，擬定實驗方案，選定實驗的流量范圍；2. 設(shè)計數(shù)據(jù)表格，記錄原始數(shù)據(jù)，并自行求得各工況對應(yīng)溫度下的物性參數(shù)；3. 參考實驗測量軟件，將測量點描在（或計算機繪圖）坐標(biāo)紙上；4. 根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，計算換熱器的傳熱量和傳熱系數(shù)，并計算冷熱流體的熱偏差；5. 根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，按照對流傳熱理論計算換熱器的傳熱系數(shù)，并與實驗結(jié)果進(jìn)行對比，分析產(chǎn)生偏差的原因；6. 撰寫實驗報告，內(nèi)容包括實驗?zāi)康摹嶒炘砗蛯嶒灧椒?、實驗裝置簡介、原始數(shù)據(jù)表格、實驗數(shù)據(jù)的整理過程和計算結(jié)果以及繪制的坐標(biāo)圖，對實驗裝置、實驗方法及

10、實驗結(jié)果等方面的問題進(jìn)行討論分析等。六、注意事項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. 在使用手動調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(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，手動調(diào)試時應(yīng)先啟動循環(huán)水泵，然后再啟動加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會自動保護(hù)；4. 實驗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，對溫度高低容易把握。5. 實驗結(jié)束時，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機。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、和熱電阻都可以測量溫度，在本實驗中選用熱電阻有什么好處？ 4. 在換熱器傳熱系數(shù)的計算公式中并不包括差壓，但為什么要測量它？5. 熱電阻溫度傳感器應(yīng)如何安裝才能減小測量誤差？6. 如果不采用計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，那么需要哪些測量儀表才能完成本實驗？7. 本實驗中測量誤差的來源有哪些，應(yīng)如何控制。實驗 溫度控制實驗一、實驗?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)的動態(tài)響應(yīng)特性；6. 了解用可控硅手動控制電加熱器的原理和方法；7. 了解用PLC通過可控硅自動控制水溫的原理和方法。二、實驗設(shè)備及測量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖1 換熱器實驗裝置示意圖實驗裝置由可程控的

12、冷熱水源、流程切換閥門組、被測換熱器和測控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實驗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風(fēng)機的冷卻塔、變頻器拖動的循環(huán)水泵和程控補熱電加熱器組成，根據(jù)實驗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。被測換熱器由兩臺套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測控系統(tǒng)包括2個可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個流量變送器、2個差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺變頻器(分別控制

13、冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機)、2組PLC（1組作為運行控制，1組作監(jiān)測）和1臺工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實驗管理）組成。系統(tǒng)組成如圖2所示。圖測控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測量流量的測量采用精度為0.5級，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轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。6. 水溫度的測量水溫采用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。7. 壓差的測量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測量中用作參考，采用0.5級的差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)

14、信號，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。8. 水泵的控制水泵的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。水泵的轉(zhuǎn)速可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。9. 風(fēng)機的控制風(fēng)機的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。10. 電加熱器的控制主、輔電加熱器的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

15、，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。主、輔加熱器的功率可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在如果需要實現(xiàn)溫度自動控制，還可以利用PLC中的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行溫度的自動跟蹤控制。三、實驗方法及實驗步驟1.首先確認(rèn)系統(tǒng)處于斷電狀態(tài)；2.打開控制柜門，在強電柜（左側(cè)）找到兩臺可控硅，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；將控制臺上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實驗；4. 啟動計算機，啟動測控程序；5. 打開試驗臺調(diào)試面板，了解面板的布局；6. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運行模式，按照實驗臺上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；7. 啟

16、動熱水泵，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. 啟動主加熱器，調(diào)節(jié)加熱功率，觀察熱水溫度的變化；10. 啟動PID調(diào)節(jié)器，設(shè)定熱水溫度，PLC自動控制系統(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；實驗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，實驗結(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)閉計算機。四、實驗要求1.預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，選定實驗的流程；2.預(yù)習(xí)有關(guān)可控硅的知識，了解可控硅的基本原理和主要功

17、能特點；3.預(yù)習(xí)有關(guān)PLC的知識，了解PLC的基本原理和主要功能特點；4.撰寫實驗報告，內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、實驗裝置簡介、原始數(shù)據(jù)表格、實驗中觀察的現(xiàn)象；對實驗臺上的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要的評價和總結(jié)。五、 注意事項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.在使用手動調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(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，手動調(diào)試時應(yīng)先啟動循環(huán)水泵，然后再啟動加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會自動保護(hù)；4.實驗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，對溫度高低容易

18、把握。5.實驗結(jié)束時，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機。實驗 PLC控制實驗一、實驗?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.了解用可控硅手動控制電加熱器的原理和方法；4.了解用PLC通過可控硅自動控制水溫的原理和方法；二、實驗設(shè)備及測量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖2 換熱器實驗裝置示意圖實驗裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測換熱器和測控系統(tǒng)組成，如圖1所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實驗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風(fēng)機的冷卻塔、變頻器拖動的循環(huán)水泵和程控補熱電加熱器

19、組成，根據(jù)實驗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，切換控制閥位由計算機給出閥門燈光指示。被測換熱器由兩臺套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測控系統(tǒng)包括2個可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個流量變送器、2個差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機)、2組PLC（1組作為運行控制，1組作監(jiān)測）和1臺工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實驗管理）組成。系統(tǒng)組成如圖4所示。圖2測控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測量流量的測量采用精度為0.5級，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轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。水溫度的測量水溫采用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。壓差的測量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測量中用作參考，采用0.5級的差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。水泵的控制水泵的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。水泵的轉(zhuǎn)速可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計

21、算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。風(fēng)機的控制風(fēng)機的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。電加熱器的控制主、輔電加熱器的啟動、停止均可在控制臺面板上進(jìn)行本地控制，也可以切換到計算機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，本地遠(yuǎn)程控制轉(zhuǎn)換在控制臺面板上手工切換。主、輔加熱器的功率可以在控制臺面板上用旋鈕調(diào)節(jié)，也可以切換到計算機上進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。在如果需要實現(xiàn)溫度自動控制，還可以利用PLC中的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行溫度的自動跟蹤控制。三、實驗方法及實驗步驟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PLC，觀察PLC與被控設(shè)備之間的電路，同時找出PLC與計算機的通信線路；3. 系統(tǒng)送電（最好由教師完成），關(guān)閉控制柜；將控制臺上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實驗；4. 啟動計算機，啟動測控程序；5. 打開試驗臺調(diào)試面板，了解面板的布局；6. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運行模式，按照實驗臺上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；7. 啟動熱水泵，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. 啟動主加熱器，調(diào)節(jié)加熱功率，觀察熱水溫度的變化；10. 啟動PID調(diào)節(jié)器，設(shè)定熱水溫度，PLC自動

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；實驗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，實驗結(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)閉計算機。四、實驗要求1. 預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，選定實驗的流程；2. 預(yù)習(xí)有關(guān)PLC的知識，了解PLC的基本原理和主要功能特點；3. 撰寫實驗報告，內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、實驗裝置簡介、原始數(shù)據(jù)表格、實驗中觀察的現(xiàn)象；對實驗臺上的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要的評價和總結(jié)。五、注意事項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

24、調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(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，手動調(diào)試時應(yīng)先啟動循環(huán)水泵，然后再啟動加熱器。如果水溫超過設(shè)定的上限（內(nèi)置為80），則系統(tǒng)會自動保護(hù)；4. 實驗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，對溫度高低容易把握。5. 實驗結(jié)束時，應(yīng)先關(guān)閉加熱器電源，然后再關(guān)掉循環(huán)水泵機。六、思考題1. 計算機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)是如何實現(xiàn)的？3. 遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速是如何實現(xiàn)的？4. 采用熱電偶和熱電阻都可以測量溫度，在本實驗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現(xiàn)本實驗臺的控制？6. 本實驗臺采用PLC控制有哪些優(yōu)點？實驗 流動阻力特性實驗一、實驗?zāi)康?. 了解換熱設(shè)備流動阻力的測量方法，了解套管式水水換熱器內(nèi)管的阻力特性；2. 了解實驗裝置和測量系統(tǒng)的原理及組成，熟悉流量、和壓差的測量方法；3. 測出阻力與流速、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)驗公式進(jìn)行比較。二、實驗原理根據(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

26、驗中測出流體的流量和被測段的壓差，就可以獲得當(dāng)量的阻力系數(shù)。三、實驗設(shè)備及測量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)實驗裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組、被測換熱器和測控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實驗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風(fēng)機的冷卻塔、變頻器拖動的循環(huán)水泵和程控補熱電加熱器組成，根據(jù)實驗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，切換控制在計算機上實現(xiàn)。被測換熱器由兩臺套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。

27、測控系統(tǒng)包括2個可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個流量變送器、2個差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機)、2組PLC（1組作為運行控制，1組作監(jiān)測）和1臺工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實驗管理）組成。系統(tǒng)圖 換熱器實驗裝置示意圖組成如圖4所示。組成如圖4所示。圖測控系統(tǒng)組成示意圖2. 水流量的測量流量的測量采用精度為0.5級，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轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。3.水溫度的測量水溫采用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。4.壓差的測量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱系數(shù)測量中用作參考，采用0.5級的差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。四、測試方法及實驗步驟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），將控制臺上的所有本地遠(yuǎn)程旋鈕旋到遠(yuǎn)程，以便進(jìn)行實驗；3. 啟動計算機，啟動測控程序；4. 打開試驗臺調(diào)試面板，了解面板的布局；5. 選擇常用的“內(nèi)熱外冷逆流”運行模式，按照實驗臺上的指示燈開啟和關(guān)閉閥門；6. 啟動熱水泵，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；實驗過程中可以用抓圖軟件記錄壓差的變化曲線；9. 點擊“數(shù)據(jù)顯示”組中“測量值實時曲線”項，學(xué)生可以看到換熱器內(nèi)、外側(cè)進(jìn)、出口壓差實時曲線，流量實時曲線；10. 將實驗數(shù)據(jù)記錄拷貝出來，以便進(jìn)行整理；11. 退出實驗程序，關(guān)閉計算機，結(jié)束實驗。四、實驗要求1. 預(yù)習(xí)實驗指導(dǎo)書，掌握實驗原理和實驗方法，擬定實驗方案，選定實驗的流量范圍；2. 設(shè)計數(shù)據(jù)表格，記錄原始數(shù)據(jù)，并自行求得各工況對應(yīng)溫度下的物性參數(shù)；3. 參考實驗測量軟件，將測量點描在（或計算機繪圖）坐標(biāo)紙上；4. 根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，計算被測管段的

30、當(dāng)量阻力系數(shù)，分析影響阻力系數(shù)的因素； 5. 撰寫實驗報告，內(nèi)容包括實驗?zāi)康?、實驗原理和實驗方法、實驗裝置簡介、原始數(shù)據(jù)表格、實驗數(shù)據(jù)的整理過程和計算結(jié)果以及繪制的坐標(biāo)圖，對實驗裝置、實驗方法及實驗結(jié)果等方面的問題進(jìn)行討論分析等。五、注意事項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. 在使用手動調(diào)節(jié)功能之前，首先將手動調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底（與正常順序相反）；3. 實驗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，對溫度高低容易把握。4. 實驗結(jié)束時，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)的計算公式中并不包括差壓，但為什么要測量它？4. 差壓變送器應(yīng)如何安裝才能減小測量誤差？5. 如果不采用計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，那么需要哪些測量儀表才能完成本實驗？6. 本實驗中測量誤差的來源有哪些，應(yīng)如何控制。實驗 數(shù)據(jù)采集實驗一、實驗?zāi)康?. 了解計算機采集熱工測量數(shù)據(jù)的方法；2. 了解計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成；3. 了解以PLC為下位機的數(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)的變送和測量方法；5. 測量熱水管路中的溫度、流量和壓差數(shù)據(jù)。二、實驗設(shè)備及測量系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)圖 換熱器實驗裝置示意圖實驗裝置由可程控的冷熱水源、流程切換閥門組

32、、被測換熱器和測控系統(tǒng)組成，如圖所示。程控的熱水源由程控電加熱器、變頻器拖動的循環(huán)水泵和膨脹水箱組成，根據(jù)實驗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風(fēng)機的冷卻塔、變頻器拖動的循環(huán)水泵和程控補熱電加熱器組成，根據(jù)實驗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算機給出閥門切換指示燈。被測換熱器由兩臺套管式換熱器串聯(lián)而成，換熱器的換熱管可以根據(jù)需要更換。測控系統(tǒng)包括2個可控硅調(diào)壓加電熱器溫控系統(tǒng)，2個流量變送器、2個差壓變送器和6支鉑電阻(Pt100)、3臺變頻器(分別控制冷、熱水泵、冷卻塔風(fēng)機)、2組PLC（1組作為運行控制，1組作監(jiān)測）和1臺工控PC（用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和實驗管理）組成。系統(tǒng)組成如圖2所示。2. 水流量的測量流量的測量采用精度為0.5級，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轉(zhuǎn)換成420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，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。3.水溫度的測量水溫采用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。4.壓差的測量壓差數(shù)據(jù)在換熱器傳熱