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检测技术与仪表课程设计报告.pdf
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2022-06-06
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【检测技术与仪表课程设计报告】的目的是培养适应社会经济发展需求的工程应用型人才,强调实践能力、创新意识和创业精神。课程通过模拟实战环境,提升学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力以及应对挫折的能力,以增强其就业竞争力。 课题围绕多功能动态实验装置,要求学生结合已学知识,设计检测方案来测定实验装置所需的参数,包括选择适当的检测方法、仪表类型,并分析可能的误差来源。实验背景主要关注换热设备的污垢问题,污垢的形成是一个复杂的物理化学过程,对工业换热设备的效率造成严重影响。 实验原理中,介绍了两种主要的检测方法:热学法和非传热量的污垢监测法。热学法进一步分为热阻表示法和温差表示法,本设计选择了污垢热阻法。污垢热阻法通过测量清洁和污染状态下的总传热系数变化来间接计算污垢热阻,进而评估污垢沉积情况。 实验装置是一个多功能动态模拟实验装置,由恒温水浴加热实验管段,配备有压力、温度、流量和水位的测量设备。主要需要检测和控制的参数包括温度(实验管流体进口、出口、壁温以及水浴温度)、水位、流速(流量)和流动压降。 在被测参数及仪表选用章节,实验管进出口温度测量是关键。考虑到管道直径小,应选择体积小巧、不会增加过多流动阻力的温度计,确保在20℃~40℃的小范围内准确测量温度。 该课程设计涵盖了传热学、检测技术和仪表应用等多个方面,旨在训练学生的综合工程技能,通过具体实验装置的设计与操作,提高其在实际问题中的解决能力。
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第一章 绪论
1.1 课程设计目的
针对“应用技术主导型 ”普通工科高等教育的特点 ,从工程创新的理念出
发,以工程思维模式为主 ,旨在培养突出 “实践能力、创新意识和创业精神 ”特
色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。
通过在模拟的实战环境中系统锻炼 ,使学生的学习能力 、思维能力、动手
能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高 。以增强就业竞争力和工
作适应力。
1.2 课题介绍
本课设题目以多功能动态实验装置为对象 ,要求综合以前所学知识 ,完成
此实验装置所需参数的检测 。设计检测方案,包括检测方法,仪表种类选用以
及需要注意事项,并分析误差产生的原因等等。
1.3 实验背景知识
换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量 、质量和动量传递的物理
化学过程,污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损
失,因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之
一。
1.4 实验原理
1.4.1 检测方法
按对沉积物的监测手段分有:热学法和非传热量的污垢监测法。
热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种;
非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射
技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。
这些监测方法中 ,对换热设备而言 ,最直接而且与换热设备性能联系最密
.学习帮手.
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切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。
1.4.2 热阻法原理简介
表示换热面上污垢沉积量的特征参数有:单位面积上的污垢沉积质量 mf,
污垢层平均厚度δf 和污垢热阻 Rf。这三者之间的关系由式表示:
(1-1)
R
f
m
f
f
f
1
f
f
图 1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻
通常测量污垢热阻的原理如下:
设传热过程是在热流密度 q 为常数情况下进行的,图 1a 为换热面两侧处
于清洁状态下的温度分布,其总的传热热阻为:
1/U
c
R
1c
R
w
R
2c
(1-2)
图 1b 为两侧有污垢时的温度分布,其总传热热阻为:
1/U R
f
R
1 f
R
f
R R
f 2 2 f1
w
(1-3)
忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响,则可认为
, RR
1
R
2c
R
c
1 f 2 f
(1-4)
于是两式相减得:
.学习帮手.
R
f 1
R
f 2
1 1
U
f
U
c
.专业整理.
(1-5)
该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而
间接测量出来。
实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻 ,这可通过测量所要求
部位的壁温表示。为明晰起见,假定换热面只有一侧有污垢存在,则有:
1/U
f
R
1c
R
w
R
f
R
2 f
(T
s1, f
T
b
) / q
(1-6)
(1-7)
若在结垢过程中,q、Tb 均得持不变,且同样假定
1 / U
c
R
1c
R
w
R
2 c
(T
s1,c
T
b
) / q
(1-8)
R
2c
R
2 f
则两式相减有:
R
f
(T
s1,
T
s c
) / q
f
1,
(1-9)
这样,换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的
壁温和热流而被间接测量出来。
1.5 实验装置
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图 1-2 多功能动态模拟实验装置外形图
如图所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授课题
组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。
本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段(约 2m),
水浴温度由温控器 、电加热管以及保温箱体构成 。管内流体一般为人工配制的
易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。
1-恒温槽体;2-试验管段;3-试验管入口压力;4-管段出口温度测点;
5-管壁温度测点;6-管段出口温度测点;7-试验管出口压力;8-流量测量;
9-集水箱;10-循环水泵;11-补水箱;12-电加热管
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