液-液換熱綜合實驗裝置設計理念及功能
2024-07-01 06:35
一、實驗裝置的設計理念
液-液換熱綜合實驗裝置主要由以下幾個部分組成：換熱容器、溫控系統、測量與控制系統和數據處理與分析系統。整個實驗裝置的設計理念是通過對不同流體之間的傳熱性能進行對比研究，以期為實際工程應用提供理論依據和技術支持。
1. 換熱容器
換熱容器是實驗裝置的核心部分，其作用是提供一個封閉的空間，使兩種不同溫度的流體在特定的條件下進行熱量交換。根據實驗需求，換熱容器可以采用不銹鋼材質制作，具有結構緊湊、耐腐蝕、易于清洗等優點。
2. 溫控系統
溫控系統主要用于控制換熱容器內的溫度，以保證實驗條件的穩定性和可重復性。溫控系統可以采用智能溫度控制器，通過微電腦對換熱容器內的溫度進行精確調控。此外，為了避免因環境因素導致的溫度波動，溫控系統還可以配備恒溫水浴或者加熱器等輔助設備。
3. 測量與控制系統
測量與控制系統主要用于實時監測換熱容器內的溫度、流量等參數，并將數據傳輸給數據處理與分析系統。測量與控制系統可以采用壓力傳感器、流量計、溫度傳感器等多種傳感器，以實現對實驗過程的全面監控。同時，為了方便操作人員對實驗數據進行分析，測量與控制系統還可以通過計算機界面進行可視化展示。
4. 數據處理與分析系統
數據處理與分析系統主要用于對收集到的實驗數據進行處理和分析，以揭示液-液換熱過程中的各種規律。數據處理與分析系統可以采用專業的數據分析軟件，如MATLAB/Simulink、Python等，通過數值模擬、統計分析等方法對實驗結果進行驗證和優化。此外，為了提高數據的可靠性和準確性，數據處理與分析系統還可以采用多通道數據采集器、數據記錄儀等輔助設備。
二、實驗裝置的具體構成及功能
液-液換熱綜合實驗裝置主要包括以下幾個部分：
1. 換熱器模塊：用于實現不同溫度流體之間的熱量傳遞。換熱器模塊可以根據實驗需求選擇不同的結構形式，如板式換熱器、螺旋板式換熱器等。在設計時，需要考慮到流體的物性參數、流速范圍等因素，以確保換熱器的高效運行。
2. 溫度傳感器模塊：用于實時監測換熱器內的溫度變化。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，應充分考慮其精度、穩定性、響應速度等因素。
3. 流量計模塊：用于測量流體的流量大小。流量計模塊可以選擇不同類型的流量計，如渦街流量計、電磁流量計等。在選擇流量計時，應充分考慮其測量范圍、精度、抗干擾能力等因素。
4. 數據采集與處理模塊：用于實時采集實驗數據，并將其傳輸至數據處理與分析系統。數據采集與處理模塊可以選擇不同的數據采集器、計算機接口等設備，以滿足實驗數據的實時性和可靠性要求。
5. 控制系統模塊：用于對整個實驗過程進行實時監控和調節�？刂葡到y模塊包括硬件設備和軟件程序兩部分，通過它們可以實現對換熱器模塊、溫度傳感器模塊、流量計模塊等設備的集中控制和管理。
三、結語
液-液換熱綜合實驗裝置作為一種研究液-液換熱現象的重要工具，在學術研究和工程實踐方面具有廣泛的應用前景。通過對不同流體之間的傳熱性能進行對比研究，可以為實際工程應用提供理論依據和技術支持。在未來的研究中，我們將繼續優化和完善液-液換熱綜合實驗裝置的設計和功能，以滿足更高效、更準確的實驗需求。
DB-YH116/II 數字型液-液換熱綜合實驗裝置
| 技術指標 | 說 明 | |||
| 裝置特點 |
1、整個裝置美觀大方，結構設計合理，整體感強，具備強烈的工程化氣息，能夠充分體現現代化實驗室的概念。 2、設備整體為自行式框架結構，并安裝有禁錮腳，便于系統的拆卸檢修和搬運。 3、本裝置選擇采用普通換熱器與列管換熱管，進行兩種換熱形式的效果對照，采用間壁式換熱方式進行換熱。 4、雙水泵主副回路設計，新鮮水補充與廢熱水循環設計，逆流并流換熱流程切換，更貼近工業應用實際。 5、采用多組加熱管預熱系統，加熱速度快而均勻，預熱器電壓調節，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控制。 7、裝置設計可360度觀察，實現全方位教學與實驗。 |
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| 裝置功能 |
1、掌握套管對流傳熱系數的測定方法，加深對其概念和影響因素的理解，應用線性回歸法，確定關聯式中常數A、m的值。 2、掌握列管傳熱系數Ko的測定方法。 3、全觸摸集成化控制，高穩定數據傳輸，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。 雷諾準數Re：104—5*104，努塞爾準數Nu：40-120，普蘭德準數Pr：0.7。 對流傳熱系數αi：500-1500 W/m2·℃。 |
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| 公用設施 |
水：裝置自帶304不銹鋼自動蒸汽發生器，連接自來水，實驗時水蒸氣進入換熱器。 電：電壓AC220V，功率4.0kW，標準三相四線制。每個實驗室需配置1~2個接地點（安全地及信號地）。 氣：空氣來自風機（自帶氣源）。 實驗物料：水，外配設備：無。 |
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| 主要設備 |
1、套管換熱器：內管內徑d=18mm，內管外徑De=20mm（紫銅管)。外管內徑d=52mm,外管外徑De=57mm（304不銹鋼管），管長1100mm。 2、列管換熱器：熱流體走管內，冷流體走管間。換熱管規格 Ф12×1.5 mm ，共13根，長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，流量范圍0.1～2.0 m3/h，4-20mA遠傳輸出，流量檢測機構。 6、加熱水箱：304不銹鋼材質，容積70L,帶貯水排空底閥,配備液位顯示裝置，內置不銹鋼加熱器：加熱功率3.0KW。 7、冷水箱：304不銹鋼材質，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、熱流體進出管：304不銹鋼材質，DN15，帶保溫層。 9、管路：304衛生級不銹鋼材質，采用不銹鋼快裝與管路連接。 10、閥門：采用304不銹鋼閥和優質銅閥。 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、漏電保護空氣開關。 13、中央處理器：執行速度0.64μs，內存容量16K，功能：數據處理運算。 14、模擬模塊：高達16位分辨率，總和精度±0.5%，內建RS485通訊模式。 15、溫度模塊：分辨率0.1℃，精度0.5%，內建RS485通訊模式。 16、顯示終端：采用一體機平板觸摸電腦，全程數字化觸摸屏控制操作。HMI：投射式觸控技術，5000萬次觸摸點，內存4G，功能：中央處理器數據顯示控制。 17、外形尺寸：2000×550×1800mm（長×寬×高），外形為可移動式設計，帶剎車輪，高品質鋁合金型材框架，無焊接點，安裝拆卸方便，水平調節支撐型腳輪。 18、工程化標識：包含設備位號、管路流向箭頭及標識、閥門位號等工程化設備理念配套，包含安全警示標識，使學生處于安全的實驗操作環境中，學會工程化管路標識認知，培養學生工程化理念。 19、配套測控軟件可以實現實驗數據實時在線采集顯示數據、曲線及設備運行狀態等。通過WIFI技術實現終端覆蓋。 |
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| 測控組成 | 變量 | 檢測機構 | 顯示機構 | 執行機構 |
| 冷流體進、出口溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 無 | |
| 熱流體進、出口溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 無 | |
| 冷流體流量 | 渦輪流量計 | 觸摸屏 | 手動調節 | |
| 熱流體流量 | 渦輪流量計 | 觸摸屏 | 手動調節 | |
| 加熱箱溫度 | Pt100鉑電阻 | 觸摸屏 | 固體調壓模塊 | |