自制教學(xué)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)探索與實(shí)踐

趙海波 吳坤 劉煥衛(wèi) 華鳳皎 劉暢

數(shù)字采集與控制系統(tǒng)由控制器和觸摸屏組成。

該實(shí)驗(yàn)臺(tái)三維圖如圖2所示。其工作原理是：冷水在冷水泵驅(qū)動(dòng)下經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥，再經(jīng)渦輪流量計(jì)，進(jìn)入由四個(gè)電磁閥組成的順逆流轉(zhuǎn)換電磁閥橋路;該橋路中，每兩個(gè)為一組，打開其中一組的同時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉另外一組，目的是實(shí)現(xiàn)冷、熱水在換熱器中順流或逆流流動(dòng)方式切換;冷水經(jīng)順逆流轉(zhuǎn)換電磁閥橋路后進(jìn)入分水四通管（一輸入三輸出），分成三路，分別流向套管式、管殼式、板式三個(gè)換熱器;在分水四通管的每一路冷水通路上都有一個(gè)電磁閥，設(shè)置該電磁閥通斷可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中冷水流向指定的換熱器，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用換熱器類型的選擇;冷水進(jìn)入換熱器吸熱升溫，流出后經(jīng)過集水四通管路（三輸入一輸出）回到順逆流電磁閥橋路，最后流入冷水箱;熱水回路中的熱水在熱水泵驅(qū)動(dòng)下經(jīng)熱水流量調(diào)節(jié)閥，再經(jīng)熱水流量計(jì)后，進(jìn)入熱水分水四通管（一輸入三輸出），每個(gè)輸出通路都有一個(gè)電磁閥控制通斷，保證實(shí)驗(yàn)過程熱水只流向一個(gè)換熱器，熱水流出換熱器后直接流回?zé)崴?在變頻泵、散熱器以及水回路組成的冷熱源穩(wěn)定系統(tǒng)中，冷水箱的水通過冷水散熱回路在散熱器中將熱量散掉，冷水散熱回路中的變頻泵根據(jù)冷水箱內(nèi)溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保證水箱溫度恒定。

主要功能? 該自制新型換熱器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于能源與動(dòng)力工程、建筑環(huán)境與設(shè)備等專業(yè)的熱工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于殼管式、套管式和板式換熱器的性能測試，研究換熱器換熱量隨流量、溫度等參數(shù)的變化規(guī)律，讓學(xué)生熟悉換熱器性能的測試方法，了解套管式換熱器、板式換熱器和列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其換熱與流動(dòng)性能的差別，加深對順流和逆流兩種流動(dòng)方式換熱器換熱能力差別的認(rèn)識(shí)。

該自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備可為制冷空調(diào)綜合實(shí)驗(yàn)、流體熱工綜合實(shí)驗(yàn)等課程的制冷空調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、換熱器性能實(shí)驗(yàn)兩個(gè)大類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目服務(wù)，具體包括：

1）殼管式換熱器換熱性能、流動(dòng)阻力性能測試實(shí)驗(yàn);

2）套管式換熱器換熱性能、流動(dòng)阻力性能測試實(shí)驗(yàn);

3）板式換熱器換熱性能、流動(dòng)阻力性能測試實(shí)驗(yàn);

4）流動(dòng)方式對換熱器換熱性能、流動(dòng)阻力性能影響;

5）流動(dòng)方式自動(dòng)控制切換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目;

6）數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與顯示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

主要特色? 該新型換熱器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用冷熱源穩(wěn)定系統(tǒng)，通過冷水散熱回路實(shí)現(xiàn)冷水箱溫度的恒定，換熱器進(jìn)口水溫度更準(zhǔn)確，改變了冷水箱溫度隨實(shí)驗(yàn)進(jìn)行逐漸升高的缺陷，保障了換熱器性能分析與比較的順利開展以及實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡捻樌瓿伞?/p>

通過引入數(shù)字采集與控制系統(tǒng)，通過PLC控制模塊實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)溫度、壓力和流量采集與實(shí)時(shí)顯示，以及變頻泵、散熱器風(fēng)機(jī)、冷水泵、熱水泵等設(shè)備的啟停、調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)。與現(xiàn)有的大多采用巡檢儀+熱電阻的采集與顯示方法相比，數(shù)據(jù)采集精度大大提高，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示也有助于學(xué)生更準(zhǔn)確地理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

引入數(shù)字采集與控制系統(tǒng)后，實(shí)驗(yàn)操作更便捷。用電磁閥替換閘閥，使得選擇換熱器以及流動(dòng)方式時(shí)操作起來更方便，也避免了閘閥操作中容易出現(xiàn)滑絲、閥門不能全開或全關(guān)導(dǎo)致水流量測量誤差較大的問題，完全實(shí)現(xiàn)了不同類型換熱器順流與逆流流動(dòng)方式自動(dòng)切換、冷熱水流量自動(dòng)改變、各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)采集并顯示。

與同類產(chǎn)品相比，在實(shí)驗(yàn)操作性能、數(shù)據(jù)采集與顯示性能、可靠性能等方面大大提高，價(jià)格差別不大。

經(jīng)過一年的試用，該自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)非常受學(xué)生歡迎，實(shí)驗(yàn)效果也比較理想。

4 結(jié)論

本文首先分析了實(shí)驗(yàn)臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀，認(rèn)為自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠克服當(dāng)前教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在的功能單一、可做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少、操作不便等問題;接著以能源與動(dòng)力工程專業(yè)傳熱學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為例，詳細(xì)介紹自制換熱器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理、功能與特色。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用冷熱源穩(wěn)定系統(tǒng)和數(shù)字采集與控制系統(tǒng)，克服現(xiàn)有換熱器性能測試實(shí)驗(yàn)設(shè)備普遍存在的冷源溫度不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集與性能分析實(shí)時(shí)性差、操作不便等問題，測試功能和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更多，更有利于得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)效果也更理想，滿足了創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。相關(guān)研究為自制教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的探索與實(shí)踐提供了參考。

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