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1、过程检测技术与仪表过程检测技术与仪表主主主主 要要要要 内内内内 容容容容目的及背景知识实验装置简介题目简介 成果要求1234目目 的的针对针对“应用技术主导型应用技术主导型”普通工科高等教育的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，旨在培养突出模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意实践能力、创新意识和创业精神识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发特色的、适应当前经济社会发展需要的展需要的“工程应用型人才工程应用型人才”。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
2、、工程创的学习能力、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。以新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强增强就业竞争力就业竞争力和工作适应力。和工作适应力。背景知识背景知识换热设备换热设备污垢污垢的形成过程是一个极其复杂的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。决的难题之一
3、。按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传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。热量的污垢监测法。热学法中又可分为热学法中又可分为热阻热阻表示法和表示法和温差温差表示表示法两种；法两种；非传热量的污垢监测法又有非传热量的污垢监测法又有直接称重直接称重法、法、厚度厚度测量法、压降测量法、测量法、压降测量法、放射性放射性技术、时技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直这些监测方法中，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
4、绍污垢监测的热学法中热学法。这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法。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上的污垢沉积质量m mf f，污垢层平均厚度，污垢层平均厚度f f和污垢热和污垢热阻阻R Rf f。这三者之间的关系由式表示：。这三者之间的关系由式表示：通常测量污垢热阻的原理如下：通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在设传热过程是在热流密度热流密度q q为常数为常数情况下进行的，情况下进行的，图图1a1a为换热面两侧处于为换热面两侧处于清洁状态下清洁状态下的温度分布，的温度分布，其总的传热热阻为：其总
5、的传热热阻为：图图1b1b为两侧有为两侧有污垢时污垢时的温度分布，其总传热的温度分布，其总传热热阻为热阻为 忽略忽略换热换热面上面上污污垢的垢的积积聚聚对对壁面与流体的壁面与流体的对对流流传传热热系数影响，系数影响，则则可可认为认为于是两式相减得：于是两式相减得：该该式表明式表明污污垢垢热热阻可以通阻可以通过过清清洁洁状状态态和受和受污污染状染状态态下下总传热总传热系数的系数的测测量而量而间间接接测测量量出来。出来。实验实验研究或研究或实际实际生生产则产则常常要求常常要求测测量量局部局部污污垢垢热热阻，阻，这这可通可通过测过测量所要求部位的壁温表示。量所要求部位的壁温表示。为为明晰明晰起起见见
6、，假定，假定换热换热面只有面只有一一侧侧有有污污垢存在，垢存在，则则有：有：若在若在结结垢垢过过程中，程中，q q、T Tb b均得持不均得持不变变，且同，且同样样假定假定则则两式相减有两式相减有 这样这样，换热换热面有垢一面有垢一侧侧的的污污垢垢热热阻可以通阻可以通过测过测量量清清洁洁状状态态和和污污染状染状态态下的壁温和下的壁温和热热流而被流而被间间接接测测量出来。量出来。实验装置简介实验装置简介如图所示的实如图所示的实验装置是东北验装置是东北电力大学电力大学节能节能与测控研究中与测控研究中心心杨善让教授杨善让教授课题组基于测课题组基于测量新技术量新技术软软测量测量技术开发技术开发的多功能
7、实验的多功能实验装置。装置。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模拟换热器模拟换热器 补水箱补水箱 集水槽集水槽 监控系统监控系统 基于本实验装置，先后完成国家、东北电力公司、基于本实验装置，先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖，鉴定结论为省、市多项科研项目并获奖，鉴定结论为国际领国际领先先。目前承担国家自然科学基金、。目前承担国家自然科学基金、973973项目部分项目部分实验工作。实验工作。125834679101112220V冷却水入冷却水入口口 出出口口 本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热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
8、源加热实验管段（约2m），水浴温度由温控器、），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管，水浴中平行放置两实验管，独自独自拥有补水箱和拥有补水箱和集水箱，构成两套独立的实验系统。集水箱，构成两套独立的实验系统。通过平行样实验和对比实验，可以进行通过平行样实验和对比实验，可以进行水处理药剂的效果评价；水处理药剂的效果评价；强化换热管的污垢特性；强化换热管的污垢特性；污垢状态下强化管的换热效果评价等等。污垢状态下强化管的换热效果评价等等。管内流体一般为人工配制的管内流体一般为人工配制的易结垢易结垢的高硬度水的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。或
9、是含有固体微粒等致垢物质。题目简介题目简介 本设计题目以本设计题目以多功能动态实验装置多功能动态实验装置为对象，为对象，要求综合以前所学知识，参考相关文献资料，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。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用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。等等。温度：温度：包括实验管流体进口（包括实验管流体进口（20204040）、出口温）、出口温度（度（202080 80），实验管壁温（，实验管壁温（202080 80）
10、以及）以及水浴温度（水浴温度（202080 80）水位：水位：补水箱上位安装，距地面补水箱上位安装，距地面2m2m，其水位要求测，其水位要求测量并控制循环水泵，以适应不同流速的需要，水位量并控制循环水泵，以适应不同流速的需要，水位变动范围变动范围200mm200mm500mm500mm需要检测和控制的参数主要有：需要检测和控制的参数主要有：流量：流量：实验管内流体流量需要测量，管径实验管内流体流量需要测量，管径25mm25mm，流量范围流量范围0.50.54m4m3 3/h/h差压：差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为流动压降，范围
11、为0 050mm50mm水柱水柱成果要求成果要求设计说明书设计说明书检测方法设计以及依据；检测方法设计以及依据；仪表种类选用以及依据；仪表种类选用以及依据；测量注意事项，并分析可能产生误差的原因。测量注意事项，并分析可能产生误差的原因。参考文献参考文献1.孙灵芳等，一种新型在线冷却水动态模拟试验装置，仪器仪 表学报，2002，NO.3增刊；2.孙灵芳等，一种新型电子水处理器阻垢率的在线监测评价方法及装置，工业水处理，2000，NO.3；3.杨善让等，冷却水处理技术阻垢效果的评价方法研究与实施，工业水处理2000.11增刊；4.杨善让等，换热设备污垢与对策，科学出版社，2003。考核办法及标准考
12、核办法及标准 设计成果要求设计成果要求1 1、课程设计报告、课程设计报告；（题目介绍、背景意义、要求 及选表原则等）2 2、检测方法设计以及依据；、检测方法设计以及依据；3 3、仪表种类选用以及依据；、仪表种类选用以及依据；4 4、测量注意事项，并分析可能产生误差的原因；、测量注意事项，并分析可能产生误差的原因；考核办法及标准考核办法及标准 考核分值比例考核分值比例成绩分两部分，其中成果占成绩分两部分，其中成果占60%60%，答辩占，答辩占40%40%。考核注意事项考核注意事项课程设计报告是否包括成果要求的各项相关内容；课程设计报告是否包括成果要求的各项相关内容；重点是所选仪表是否可行及理由；
13、重点是所选仪表是否可行及理由；设计报告的格式是否规范；设计报告的格式是否规范；答辩中对设计内容是否清楚理解；考虑问题是否答辩中对设计内容是否清楚理解；考虑问题是否周全；是否有创新之处；周全；是否有创新之处；注：对于有注：对于有创新创新的同学，即使存在选型有问题，只的同学，即使存在选型有问题，只要有相应论证均可适当考虑提高给分。要有相应论证均可适当考虑提高给分。课课 程程 设设 计计 报报 告告学学生生姓姓名名:学学 号号：学学 院院:自动化工程学院班班 级级:题题 目目:过程检测技术与仪表指导教师：指导教师：职称职称:*2011 年 6月 20日分组情况分组情况自自081081班班 曹生现、刘寅东曹生现、刘寅东(二教二教910)910)自自082082班班 冯玉昌、关硕冯玉昌、关硕(主楼主楼429)429)自自083083班班 张玉财、陈东淼张玉财、陈东淼(二教二教910)自自084084班班 兰建军、伦向敏兰建军、伦向敏(一教一教423)自自085085班班 赵君、陈丹丹赵君、陈丹丹(一教一教421)自动自动086 086 沈继忱、黄俊峰沈继忱、黄俊峰(一教一教413)自动自动087 087 陈杰春、韩晓菊陈杰春、韩晓菊(二教二教910)