液-液换热综合实验装置设计理念及功能
2024-07-01 06:35
一、实验装置的设计理念
液-液换热综合实验装置主要由以下几个部分组成：换热容器、温控系统、测量与控制系统和数据处理与分析系统。整个实验装置的设计理念是通过对不同流体之间的传热性能进行对比研究，以期为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
1. 换热容器
换热容器是实验装置的核心部分，其作用是提供一个封闭的空间，使两种不同温度的流体在特定的条件下进行热量交换。根据实验需求，换热容器可以采用不锈钢材质制作，具有结构紧凑、耐腐蚀、易于清洗等优点。
2. 温控系统
温控系统主要用于控制换热容器内的温度，以保证实验条件的稳定性和可重复性。温控系统可以采用智能温度控制器，通过微电脑对换热容器内的温度进行精确调控。此外，为了避免因环境因素导致的温度波动，温控系统还可以配备恒温水浴或者加热器等辅助设备。
3. 测量与控制系统
测量与控制系统主要用于实时监测换热容器内的温度、流量等参数，并将数据传输给数据处理与分析系统。测量与控制系统可以采用压力传感器、流量计、温度传感器等多种传感器，以实现对实验过程的全面监控。同时，为了方便操作人员对实验数据进行分析，测量与控制系统还可以通过计算机界面进行可视化展示。
4. 数据处理与分析系统
数据处理与分析系统主要用于对收集到的实验数据进行处理和分析，以揭示液-液换热过程中的各种规律。数据处理与分析系统可以采用专业的数据分析软件，如MATLAB/Simulink、Python等，通过数值模拟、统计分析等方法对实验结果进行验证和优化。此外，为了提高数据的可靠性和准确性，数据处理与分析系统还可以采用多通道数据采集器、数据记录仪等辅助设备。
二、实验装置的具体构成及功能
液-液换热综合实验装置主要包括以下几个部分：
1. 换热器模块：用于实现不同温度流体之间的热量传递。换热器模块可以根据实验需求选择不同的结构形式，如板式换热器、螺旋板式换热器等。在设计时，需要考虑到流体的物性参数、流速范围等因素，以确保换热器的高效运行。
2. 温度传感器模块：用于实时监测换热器内的温度变化。温度传感器模块可以选择不同类型的温度传感器，如红外线传感器、热电偶等。在选择传感器时，应充分考虑其精度、稳定性、响应速度等因素。
3. 流量计模块：用于测量流体的流量大小。流量计模块可以选择不同类型的流量计，如涡街流量计、电磁流量计等。在选择流量计时，应充分考虑其测量范围、精度、抗干扰能力等因素。
4. 数据采集与处理模块：用于实时采集实验数据，并将其传输至数据处理与分析系统。数据采集与处理模块可以选择不同的数据采集器、计算机接口等设备，以满足实验数据的实时性和可靠性要求。
5. 控制系统模块：用于对整个实验过程进行实时监控和调节。控制系统模块包括硬件设备和软件程序两部分，通过它们可以实现对换热器模块、温度传感器模块、流量计模块等设备的集中控制和管理。
三、结语
液-液换热综合实验装置作为一种研究液-液换热现象的重要工具，在学术研究和工程实践方面具有广泛的应用前景。通过对不同流体之间的传热性能进行对比研究，可以为实际工程应用提供理论依据和技术支持。在未来的研究中，我们将继续优化和完善液-液换热综合实验装置的设计和功能，以满足更高效、更准确的实验需求。
DB-YH116/II 数字型液-液换热综合实验装置
| 技术指标 | 说 明 | |||
| 装置特点 |
1、整个装置美观大方，结构设计合理，整体感强，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。 2、设备整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。 3、本装置选择采用普通换热器与列管换热管，进行两种换热形式的效果对照，采用间壁式换热方式进行换热。 4、双水泵主副回路设计，新鲜水补充与废热水循环设计，逆流并流换热流程切换，更贴近工业应用实际。 5、采用多组加热管预热系统，加热速度快而均匀，预热器电压调节，铂热电阻+可控硅+加热管作为热流体温度的主控手段。 6、冷热水箱均有盖密封，且配有水位高度显示装置以便于观察水位变化，并具有上下水功能；冷水箱的水位能自动控制。 7、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。 |
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| 装置功能 |
1、掌握套管对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式中常数A、m的值。 2、掌握列管传热系数Ko的测定方法。 3、全触摸集成化控制，高稳定数据传输，硬件加密。 |
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| 基本配置 |
液体流量： 0.16-1.6 m3/h，温度：常温-60℃、常压操作。 雷诺准数Re：104—5*104，努塞尔准数Nu：40-120，普兰德准数Pr：0.7。 对流传热系数αi：500-1500 W/m2·℃。 |
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| 公用设施 |
水：装置自带304不锈钢自动蒸汽发生器，连接自来水，实验时水蒸气进入换热器。 电：电压AC220V，功率4.0kW，标准三相四线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。 气：空气来自风机（自带气源）。 实验物料：水，外配设备：无。 |
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| 主要设备 |
1、套管换热器：内管内径d=18mm，内管外径De=20mm（紫铜管)。外管内径d=52mm,外管外径De=57mm（304不锈钢管），管长1100mm。 2、列管换热器：热流体走管内，冷流体走管间。换热管规格 Ф12×1.5 mm ，共13根，长1000mm。 3、热水泵：304不锈钢离心泵：功率370W。 4、冷水泵：304不锈钢离心泵：功率370W。 5、冷、热水流量：DN12涡轮流量计，流量范围0.1～2.0 m3/h，4-20mA远传输出，流量检测机构。 6、加热水箱：304不锈钢材质，容积70L,带贮水排空底阀,配备液位显示装置，内置不锈钢加热器：加热功率3.0KW。 7、冷水箱：304不锈钢材质，容积70L,带贮水排空底阀，配备液位显示装置；并配备冷水箱入口浮球阀，以保证水箱水位恒定。 8、热流体进出管：304不锈钢材质，DN15，带保温层。 9、管路：304卫生级不锈钢材质，采用不锈钢快装与管路连接。 10、阀门：采用304不锈钢阀和优质铜阀。 11、温度传感器：Pt100，304不锈钢壳体，显示分度 0.1℃。 12、电器：接触器、开关、漏电保护空气开关。 13、中央处理器：执行速度0.64μs，内存容量16K，功能：数据处理运算。 14、模拟模块：高达16位分辨率，总和精度±0.5%，内建RS485通讯模式。 15、温度模块：分辨率0.1℃，精度0.5%，内建RS485通讯模式。 16、显示终端：采用一体机平板触摸电脑，全程数字化触摸屏控制操作。HMI：投射式触控技术，5000万次触摸点，内存4G，功能：中央处理器数据显示控制。 17、外形尺寸：2000×550×1800mm（长×宽×高），外形为可移动式设计，带刹车轮，高品质铝合金型材框架，无焊接点，安装拆卸方便，水平调节支撑型脚轮。 18、工程化标识：包含设备位号、管路流向箭头及标识、阀门位号等工程化设备理念配套，包含安全警示标识，使学生处于安全的实验操作环境中，学会工程化管路标识认知，培养学生工程化理念。 19、配套测控软件可以实现实验数据实时在线采集显示数据、曲线及设备运行状态等。通过WIFI技术实现终端覆盖。 |
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| 测控组成 | 变量 | 检测机构 | 显示机构 | 执行机构 |
| 冷流体进、出口温度 | Pt100铂电阻 | 触摸屏 | 无 | |
| 热流体进、出口温度 | Pt100铂电阻 | 触摸屏 | 无 | |
| 冷流体流量 | 涡轮流量计 | 触摸屏 | 手动调节 | |
| 热流体流量 | 涡轮流量计 | 触摸屏 | 手动调节 | |
| 加热箱温度 | Pt100铂电阻 | 触摸屏 | 固体调压模块 | |