1、过程检测技术及仪表课程设计 1 1、题目介绍题目介绍 本设计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，参考相 关文献资料，完成此实验装置所需检测参数的检测。 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。 2 2、设计目的、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
2、业竞争力和工作适 应力。 3 3、背景知识、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。 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、放射性技术、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 最密切的莫过于热学法。这里简单介绍污垢监测的热学
3、法中的污垢热阻法。 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f和污垢热阻 Rf。这三者之间的关系由下式表示： f fff f f m R 1 (1) 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，图一（a）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： cwcc RRRU 21 /1 (2) 图 1（b）为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为 ffwfff RRRRRU 2211 /1 (3) 污垢沉积层 过程检测技术及仪表课程设计 Rf1 R f2 Rf 1 Rf 2 图图 1 1 清洁和有污垢时的温度
4、分布及热阻清洁和有污垢时的温度分布及热阻 如果假定换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响不大， 则可 认为 fcfc RRRR 2211 ,。于是从式(3)减去式(2)得 cf ff UU RR 11 21 （4） 式(4)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： qTTRRRU bcscwcc /)(/1 ,121 （5） qTTRRRRU bfsffwcf /)(/1 ,121 （6） 若在结垢过程中，q、Tb
5、 均得持不变，且同样假定 fc RR 22 ，则两式相减有 qTTR csfsf /)( ,1,1 (7) 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。 四四、实、实验装置简介验装置简介 本文采用的是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组 基于测量新技术软测量技术开发的多功能实验装置。它先后完成国家、东北电 力公司、省、市多项科研项目并获奖，鉴定结论为国际领先。目前承担国家自然 科学基金、973 项目部分实验工作。 其外形图如图 2 所示： Tb1 R c2 Rw 壁 （a）洁净 （b）污染 壁 Rw Ts1 Tb1 Tb 2
6、Ts1 Ts 2 过程检测技术及仪表课程设计 图图 2 2 多功能动态模拟实验装置外形图多功能动态模拟实验装置外形图 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。水浴中平行放置两实验管，独自 拥有补水箱和集水箱， 构成两套独立的实验系统。 可以做平行样实验和对比实验。 为获取水处理药剂的效果、强化换热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效 果等等， 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。其原理图如图三所示： 图图 3 3 实验装置原理图实验装置原理图 图中各数字代表的含义如下： 1 2 5 8 7 3 4 6 9 10 11 12 2 出口出口 冷却水入口冷却水入口 过程检测技术及仪表课程设计 1-恒温槽体 2-试验管
