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工程热力学与热工仪表实验室建设参考

工程热力学与热工仪表实验室建设参考

一、方案论证
（一）建设意义
在学院高水平、应用型的办学目标引领下，按照新修订的“能源与动力工程”本科专业教学大纲的要求，在开设其专业基础课“工程热力学”课堂理论讲授时，需要在“工程热力学实验室”完成传热学相关实验。本实验室建设是工学系能源与动力工程专业保障基本教学质量，开展实践教学的基本手段和途径。
（二）设备清单
 
NO 产品名称 数量 技术参数及功能要求
1 饱和蒸汽P-T关系实验仪 2台 详见3.1
2 变压力单管蒸发实验装置 2台 详见3.2
3 二氧化碳P-V-T关系仪 2台 详见3.3
4 气体定压比热测定仪 2台 详见3.4
5 喷管实验装置 2台 详见3.5
6 空气绝热指数测定装置 2台 详见3.6
7 热工测量示教台 1台 详见3.7
8 热工仪表及控制实训装置 1台 详见3.8
9 温度测量技术实验装置 1台 详见3.9
10 流量计性能测试实验装置 1台 详见3.10
 

（三）传热学实验室项目技术要求
3.1饱和蒸汽P-T关系实验仪（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-PT）技术要求
（1）用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
（2）设备性能参数
★1）实验目的：
1、测试一系列对应饱和水液面压力下的饱和蒸汽温度，绘制出关系曲线。
2、可直观地观察到相应饱和压力与饱和温度下的沸腾现象。
 
主要配置：
高压电蒸汽发生器、高低压控制压力表、功率调节仪、透明玻璃窗、温度和压力保护装置、温控仪、可配套不锈钢实验台。
 
技术参数：
输入电源：单相AC220V±10% 50Hz，功率500W。
高低压控制压力表，最大压力1MPa，采用轴向带边电接点压力表起到安全保护作用。
外形尺寸：500×350×600mm，外形为不锈钢支架。         
 
3.2变压力单管蒸发实验装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-BYZF）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的： 　　

变压力三效蒸发试验装置可以进行管外不同蒸汽压力、管内工艺不同参数下的蒸发能力实验，以及应用于其它物料传热综合性能研究。 　　　

主要配置： 　　

实验装置包含：带加热系统的三效内循环蒸发器 一台、可以实现汽-液-固组合蒸发换热，包括带内插物强化传热元件、水泵 一台、耐腐蚀化工泵一台、旋风分离器 一台，材料为有机玻璃、温度检测仪表，都是热电阻温度计，精度等级为A级。液体温度计耐腐性、固相收集槽 一台，材料为PVC、溶液池 一台，材料为材料为PVC、压力检测仪表 两套，一套为蒸汽指示，一台为泵压头指示，都是弹簧压力表，精度为1.0级。泵压力表耐腐性、流量检测仪表 一套、为计转子流量计、数显温度表，采用温度传感器，自动测量，可以同时进行不同端口的温度监测，记录。

配电：380V　 500W

规格：800×500×1750mm
3.3二氧化碳P-V-T关系仪（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-PVT）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
测定二氧化碳的P-V-T关系。
观察临界现象，测定其临界参数PVT。
测定二氧化碳在不同压力下饱和蒸汽和饱和液体的比热容。
测定二氧化碳饱和温度和饱和压力的对应关系。
 
主要配置：
 精密加工电镀本体，玻璃阻容器管和玻璃水套，YGY—600型压力校验仪（测量范围 1—60Mpa），恒温水浴，温度显示分辨率 0.1℃，PID调节控温；高精度PID调压模块电路；500mm长节能灯及有机玻璃保护罩，不锈钢实验台。
 
技术参数：
1、输入电源：单相AC220V±10% 50Hz，功率2.0KW。
2、压力校验仪：检验压力范围0-60MPa，可设定最高压力，0.4级精密压力表，测量范围：0-10MPa。
3、高压容器，用45号钢加工焊接而成，表面采用镀铬处理；高压玻璃管，厚度3mm，耐压9MPa。
4、恒温水箱：采用不锈钢304材质，容积30L，内设一根1500W的加热棒和铜-康铜的热电偶.
5、循环水泵：供恒温水循环用，交流220V供电,扬程2.4m，电机功率40W。
6、温度测量：测量系统配置有智能温度控制仪表（PID调节控温，精度 ±0.2℃），高精度PID调压模块电路。
外形尺寸：1200×500×1700mm，外形为不锈钢可移动支架，带双刹车轮。
 
3.4气体定压比热测定仪（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-QDBR）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
了解气体定压比热测定仪的基本原理及构造。
熟悉本实验中的温度、压力、流量、湿度的测量方法。
分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。
可测量300摄氏度以下空气的定压比热。
掌握由基本数据计算出比热值，并计算空气的比定压热容。
 
主要配置：
低噪音鼓风机，真空渡瓦瓶比热测定本体及支架，精度±0.2湿式气体流量计及差压计和干湿温度计，加热调节温度控制箱一台，内有：精密温度数显仪表（配有铠装热电偶），功率测量数显仪表，电子集成调压模块，可配套不锈钢实验台等。
 
技术参数：
 
1、输入电源：单相AC220V±10% 50Hz，功率200W。
2、比热容测定仪本体由内壁镀银的多层杜瓦瓶、电加热器（100W）组成，本体加热最高温度：≦300℃。
3、湿式气体流量计：额定流量：0.5m3/h,容积：5L/r，配有U型压力计和温度计。
4、低噪声鼓风机：转速2800r/min ，功率120W，风量3.2m3/min ，风压490Pa。 
5、温度测量：测量系统配置有智能温度控制仪表（PID调节控温，精度 ±0.2℃），高精度PID调压模块电路。
 
3.5喷管实验装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-PG）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
 
加深对喷管临界状态的理解。
巩固和验证气流在喷管中流动的基本理论
了解气流在喷管流动中的压力、流量的变化规律及测试方法.
 
主要配置：
 
喷管本体，支架，有机玻璃渐缩喷管、有机玻璃渐缩渐扩喷管，稳压罐，真空压力表2个，孔板流量计，U型差压计，调节阀门，真空泵(用户自备)，测压探针，探针位移装置，刻度标尺，进口集流器，不锈钢台架等。
 
技术参数：
1、输入电源：三相AC380V±10% 50Hz，功率5.5KW。
2、压力测量采用-0.1-0MPa精密真空表,精度0.4级。流量测量采用低雷诺数锥形孔板流量计，喉径φ20mm。
3、喷针直径φ4±0.2mm。稳压罐：直径φ400mm，进气口径Φ63mm,出气口径Φ57mm。
4、外形尺寸：2000×500×1000mm，外形为不锈钢支架。
5、用户自配仪器，真空泵：抽气速率：54L/s，极限真空：1.33帕，速率：385r/min，功率：5.5KW。
 
3.6空气绝热指数测定装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-300）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
 
观察和分析热力学系统的状态和过程特性。
熟悉以绝热膨胀、定容加热基本热力过程为工作原理的测定绝热指数实验。
通过对刚性容器充放气现象的观察与测试，经过理论分析，从而找出测定空气绝热指数的方法。能准确测定空气绝热指数。
 
主要配置：
有机玻璃加厚筒体、充气球、压力计、活塞、不锈钢实验台等。
 
技术参数：
1、实验台本体尺寸Φ250×350mm，硬质透明玻璃材质，上配手动充气球。
2、压力计，±2000Pa U型压力计。
3、外形尺寸：600×300×500mm，外形为不锈钢支架。
 
3.7热工测量示教台（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DBJT-1）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
 
    演示测量仪表的组成及种类，了解测量误差的基本概念，测量的一般方法，表示方法和误差的处理方法，以及评估测量仪表质量优劣的技术指标等内容。重点是热工仪表的基本组成及其功能。感受件直接与被测量对象相联系，感受被测参数的变化，并将被测参数信号转换成相应的便于进行测量和显示的信号输出。中间件将感受件输出的信号直接传输给显示件或进行放大和转换，使之成为适应显示元件的信号。显示件向观察者反映被测参数的量值变化。
 
主要配置：
 
按被测参数分：压力、温度、流量测量仪表。由感受件、中间件和显示件组成。测量系统由四个基本环节组成：传感器、变换器或变送器、传输通道、数字显示装置、不锈钢台架及控制屏。
 
技术参数：
 
1、输入电源：单相AC220V±10% 50Hz，功率1.5KW。
2、304不锈钢加热水箱，容积40L，加热功率3.0KW；换热器面积为3.0m2，40W散热风扇。
3、热水泵参数： 流量：20L/min ，扬程：12m，功率：120W。
4、流量测量，DN15涡轮流量计：测量范围0.2-6.0m3/h；压力测量：压力传感器：测量范围0-0.6MPa 。
5、温度由高精度温度传感器测量，万能信号输入巡检仪配合高精度数字显示表，显示温度、压力、流量等实验全部测量参数。
外形尺寸：1600×500×1500mm，外形为不锈钢可移动支架，带双刹车轮。
 
3.8热工仪表及控制实训装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-RG90）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）一、 产品概述
热工仪表及控制实训装置按照劳动和社会保障部职业/工种资格（标准）《热工仪表及控制装置安装工》、《热工仪表及控制装置试验工》、《热工仪表及控制装置检修工》实训考核要求而设计的，能够进行多种技能训练，主要完成敏感元件和取源部件的安装、仪表管路的安装、电气导线的敷设、仪表和设备的安装。既适用于职业院校相关专业人员的岗位技能培训，也能作为各级部门技能培训和职业技能鉴定中心相关工种的鉴定考核设备。
二、 产品特点
1.真实性：采用电厂的装置元件,适合本专业岗位培训
2.网孔板设计：采用网孔板的结构，可自行设计布线系统，进行设备的安装、接线等实训操作
三、 技术性能
1.输入电源：三相四线～380V±10% 50Hz
2.工作环境：温度-10℃～+50℃，相对湿度＜85%（25℃），海拔＜4000m
3.装置容量：＜3kVA
4.外形尺寸：控制平台：1800mm×630mm×1773mm；对象系统：1600mm×750mm×1540mm
四、 系统组成
系统对象包含有：不锈钢蓄水箱,有机玻璃圆筒型水箱,电阻炉,电动执行机构,气动执行机构,空气压缩机,阀门及管道。
五、 实训项目
1.实训装置的系统组成认知
2.测量元件的原理及安装
（1）温度测量原理及温度测量元件的安装
（2）压力测量原理及压力测量元件的安装
（3）流量测量原理及液位测量元件的安装
（4）物位测量原理及物位测量元件的安装

3.测量元件的单体校验
（1）热电偶的校验
（2）热电阻的校验
（3）流量检出装置的校验
（4）物位检出装置的校验
（5）压力检出装置的校验

4.显示仪表及变送器的安装调试
（1）动圈仪表的安装及调试
（2）压力变送器安装及调试
（3）液位变送器安装及调试
（4）电容式差压变送器安装及调试
（5）盘上仪表的安装及调试

5.开关量仪表的安装调试
（1）压力开关的安装及调试
（2）差压开关的安装及调试
（3）流量开关的安装及调试
（4）温度开关的安装及调试

6.气动基地式仪表的安装调试
（1）气动基地式压力仪表的安装及调试
（2）气动基地式差压仪表的安装及调试
（3）气动基地式液位仪表的安装及调试
（4）气动基地式温度仪表的安装及调试
7.控制仪表的安装调试
（1）电动调节阀的安装及调试
（2）气动调节阀的安装及调试
（3）可编程序控制器控制系统的安装及调试
（4）执行器及执行机构安装及校验
 
 
3.9温度测量技术实验装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-YB）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）实验目的：
1、学会使用温度的各种测量的方法。
2、学会使用各种测温方式的线路连接及操作。
主要配置：
温度传感器、压力传感器、压差传感器、电加热器、管路、不锈钢管路与控制箱。
技术参数：
1、有万能输入与输出，可以输入热电偶，电阻、电流、电压信号，并能用于温度、流量、压力、压差、重量等参数的测量，除使用不同测温元件外，还通过改变控制方式来改变控制精度。
2、一台仪表采用毫安电流控制，直接控制电子继电器的开关，由此完成对温度的控制。而另一台采用继电器常开常闭触点控制交流接触器的通断，以此完成对 加热温度的控制。由于两种控制方式的不同，控制加热。
3、的精度也不相同。实验采用插接式连接，由学生自己动手完成开关、仪表、电子元件的连接，并学习不同仪表设置对控制精度的影响。同时，该装置配备一个管式反应器，学生可以改变不同的控制位置，来观察不同的控制点对控制结果的影响。
4、该装置工作电压220V，设备面板为不锈钢制造，
5、设备尺寸：（长）500×（高）600×400（宽），（自动化仪表连接实验），为台式设备，需放在实验台上进行实验。 
3.10流量计性能测试实验装置（参考厂家/型号：上海顶邦教育设备制造有限公司/ DB-LX）技术要求
(1)用途要求：
满足本科能源动力工程专业《工程热力学》课程的试验等要求。
(2)设备性能参数
★1）
技术指标 说        明
装置特点 1、整个装置美观大方，结构设计合理，具备强烈的工程化气息，能够充分体现现代化实验室的概念。
2、设备布局合理、美观，结构清晰，整体感强，能够在实验室中体现主实验设备的概念。
3、设备整体为自行式框架结构，并安装有禁锢脚，便于系统的拆卸检修和搬运。
4、整套设备除去特殊材料外均采都用工业用304不锈钢制造，所有装备均进行精细抛光处理，体现了整个装置的工艺完美性。
5、实验系统装置综合了文丘里和孔板流量计两种流量计的校核，使学生学会正确的流量测量，认识正确的引压方法。
6、实验项目可通过阀门调节切换选择，流体出口满管段设计；流体流量采用闸阀调节，流量计量采用涡轮流量计和数字仪表系统；节流压差采用压力传感器和数字仪表系统。
7、整套系统采用标准工业仪表控制系统，可进行化工原理实验，也是过程自动化及化工检测仪表实验的良好平台。
8、装置设计可360度观察，实现全方位教学与实验。
装置功能 1、了解涡轮流量计、孔板流量计、文丘里流量计和转子流量计的构造、工作原理和
主要特点。
2、掌握流量计的标定方法。
3、了解节流式流量计流量系数 C 随雷诺数 Re 的变化规律， 流量系数 C 的确定方法。
4、学习合理选择坐标系的方法。学会用标准流量计的方法标定流量。
5、测定节流式流量计（孔板、文丘里）的流量标定曲线。
6、测定节流式流量计的雷诺数 Re 和流量系数 C 的关系，并进行比较。
7、测定转子流量计的流量标定曲线。
设计参数 孔板流量计流量：0.2~10m3/h，压差范围：10~100KPa
文丘里流量计流量：0.2~10m3/h，压差范围：10~150KPa
转子流量计流量：0.4~4m3/h。
涡轮流量计流量：0.1~10m3/h。
温度：常温。
公用设施 水：装置自带不锈钢水箱，连接自来水。实验时经离心泵进入测试管路，循环使用。
电：电压AC220V，功率1.0KW，标准单相三线制。每个实验室需配置1~2个接地点（安全地及信号地）。
实验物料：清洁自来水，外配设备：无。
主要设备  LZB-40 水转子流量计： 流量范围 400～4000 L/h。
孔板流量计流量： 0.2~10m3/h，孔板流量计：孔板喉径：Φ20mm。
文丘里流量计流量：0.2~10m3/h，文丘里流量计：文丘里喉径：Φ14mm。
DN20涡轮流量计：流量范围0.5～8.0 m3/h，4-20mA远传输出，流量检测机构 。 
压差传感器：量程0～150KPa，4-20mA远传输出，差压检测机构。
宇电AI501 流量数字显示仪。
宇电AI501 温度数字显示仪。
宇电AI501 压差数字显示仪。
不锈钢离心泵：功率 550W，最大流量 5.2m3/h。
水箱：304不锈钢材质，容积80L,带贮水排空底阀，管路循环回水与泵吸入口间隔板设计。
管路：304卫生级不锈钢材质，采用不锈钢快装活接与管路连接；管道活接连接涡轮流量计。
阀门：采用304不锈钢阀和优质铜阀。
电器：接触器、开关、漏电保护空气开关。
304不锈钢仪表柜：测控、电器设备在实验架上。
304不锈钢材质框架1800*500*1800mm(长×宽×高)，带脚轮及禁锢脚。
 
测控组成		 变量 检测机构 显示机构 执行机构
水流量 转子流量计 就地显示 手动阀控
压差 压差传感器 数字压力仪表 无
液体温度 PT100铂电阻 数字温度仪表 无
涡轮流量 传感器 数字流量仪表 手动阀控

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