基于LabVIEW的管壳式换热器性能测试平台的设计与研究

摘要

换热器是一种用来进行热量交换的设备，普遍应用在工业生产、社会生活等多个领域；同时在节约能源、环境保护、降低消耗、提高工业生产过程的经济效益方面扮演着重要的角色。换热器有很多种类，其中管壳式换热器应用最为广泛，其性能尤其是传热性能和阻力性能是用户选择换热器的重要依据。目前，生产厂家为了满足客户的使用要求，设计生产了各式各样的换热器，但却忽略了一个问题，各型号的换热器内部结构不相同导致工作介质的流动方式不止一种，厂家没有明确的说明流动方式对换热器性能的影响，这对用户在选择及使用换热器时造成了很大的困难。针对这一问题，本文设计了一套管壳式换热器性能测试平台，研究其性能，为用户使用及厂家生产换热器提供科学的依据，具体内容如下： 1、设计测试平台的硬件系统。在现有的设计标准和规范要求下，对原有的实验平台进行升级改造，设计、搭建一套管壳式换热器性能测试平台。采用冷水、热水对流换热的方式，通过管道的设计和控制不同阀门的开闭，来切换四种流动方式。 2、设计测试平台的软件系统。通过对几款上位机软件的对比，本文的开发软件选用LabVIEW，利用PCI数据采集卡将四种不同流动方式下所测量的热、冷流体进出口的温度、压力、流量等数据采集到计算机中。在LabVIEW软件中进行数据处理，计算出流体流速V、热流体放出的热量Qh、冷流体吸收的热量Qc、平均温差?tm、热误差平衡δ、流体进出口压力差?P、总传热系数K等结果，并拟合出在不同流动方式下的总传热系数K与流速V、压力差?P与流速V的关系曲线。 3、进行性能测试实验。在三种实验方案下对四种流动方式进行性能测试，得出结论：管壳式换热器的总换热系数随着流体流速的增加而增加；但不同流动方式下的总换热系数有差异，逆流比顺流的换热效果好；流体流经管程或壳程对换热效果也有影响；流体进出口的压力差也随流体流速的增加而增加。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 换热器的研究现状

1.2.1 换热器的分类、结构及特点

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题的主要工作

第2章 测试平台及测试原理

2.1 管壳式换热器

2.1.1 管壳式换热器的分类

2.1.2 管壳式换热器的结构组成

2.1.3 管壳式换热器型号的表示方法

2.2.1 测试方法

2.2.2 关系曲线

2.2.3 数据处理公式

2.3 测试平台

第3章 测试平台硬件系统的设计

3.1 硬件系统的组成

3.2 传感器

3.2.1 电磁流量计

3.2.2 温度传感器

3.2.3 压力传感器

3.3 数据采集卡

3.4 PS-003接线端子

3.5 工控机

第4章 测试平台软件系统的设计

4.1 软件系统的整体部分

4.2 虚拟仪器及LabVIEW

4.2.1 虚拟仪器的概念及特点

4.2.2 LabVIEW的介绍

4.3 数据采集

4.3.1 LabVIEW与PCI数据采集卡的连接

4.3.2 数据采集程序的设计

4.4.1 数据转换

4.4.2 数据拟合

4.4.3 界面设计

4.5 生成安装程序

第5章性能测试结果及分析

5.1 性能测试实验

5.1.1 换热器的技术参数

5.1.2 实验步骤

5.2 测试结果及分析

5.2.1 两流体同等流速变化

5.2.2 冷流体等流速变化

5.2.3 热流体等流速变化

第6章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 对未来工作的展望

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢