工程热力学实验

华东理工大学EastChinaUniversityofScienceAndTechnology华东理工大学过程装备实验教学中心王学生教授教学与科研互动的专业课程实验教学探索及应用工程热力学实验实验装置简介华东理工大学过程装备实验教学中心本实验是在完成教育部重点科技项目“太阳能加热输送原油系统关键技术研究（NO.105072）”基础上，利用所完成的科研项目中的过程原理知识及实验装置，结合目前我院过程装备与控制工程专业专业课实验教学的需求情况而实施完成的。本实验的科研项目背景1、2、4、5、6、7、10、14、11、15、16、17—自动控制阀门，3－换热器，8、18－循环泵，9、13－温度、压力测控计，12-太阳能集热器PTPT27113935128冷介质出冷介质进12414101511从集热器来去集热器热水箱蓄热水箱1617186“太阳能加热输送原油系统关键技术研究（NO.105072）”太阳能加热输送原油系统实验流程图太阳能加热输送原油系统实验装置太阳能集热器阵列（集热面积12m2）位于实验17楼楼顶上面太阳能加热输送原油室内装置位于实验17楼637#本实验项目科研成果专利论文论文论文科学研究与教学互动尝试科研项目实验装置对本科教学尝试开放。¾2006年7月暑假短学期为首次全校本科生自由开放。积累了不少经验。¾2006年11月为过程04级本科生开放，完成过程装备与控制工程本科专业基础课程《工程热力学》教学实验。完全满足教学实验要求。科学研究与教学互动规模化建设自己动手，又新增建立了两套“能量转换与传递综合实验装置”。装置系统中主要包括太阳能集热器，蓄热水箱，热交换器，循环水箱，循环泵等设备。包括流量、温度、压力等测试仪表。迎接国家教学评估。能量转换与传递综合实验装置设计效果图——迎接教学评估科学研究与教学互动规模化建设——迎接教学评估科学研究与教学互动规模化建设能量转换与传递综合实验装置实物照片（新装置），设在实验10楼101#（室内装置）（室外装置）——迎接教学评估科学研究与教学互动规模化建设综合实验功能特色：¾可测试太阳能转换为热能的瞬时和平均效率；¾可测试换热设备的火用效率；¾可测试换热器的传热系数测试。¾可为过程装备与控制工程专业的专业课《工程热力学》、《化工设备设计》开设专业实验，¾同时也可以为我校其他专业的学生短学期的实践活动自由开放。¾一次实验可接待学生15~20人。——迎接教学评估科学研究与实验教学互动应用情况本实验平台向全校为本科实验与实践教学开放，目前利用该平台可以完成多个教学实验，已成功用于课程教学实验。1.用于过程本科专业学生专业课程教学实验。目前已为过程05级（一套旧装置在实验17楼六楼637#）、过程06级（两套新装置在实验10楼一楼101#）两届本科生开放。2.用于其他相关专业学生小学期教学实践活动。于2006年和2007年夏，接待了我校其他院系的本科学生20余人短学期教学实践活动。3.用于培养硕士研究生论文的实验研究工作。（2007，2008两名）4.为兄弟单位学生提供参观、操作、实验方便。（2007.7，2008.1两次）现在，每年为我校本科课程教学，和短学期教学实践固定开放，同时还自由对外参观、实验与交流。服务于教学与科研。科学研究与实验教学互动应用情况实验结果曲线科学研究与实验教学互动应用情况全国本科教学创新大赛获二等奖《中国教育与教学》期刊，2007年获优秀论文一等奖。本实验成果的创新与特色1.本成果是在完成教育部重点项目中开发的新实验装置，将可再生的能量转换与传递科学研究技术成果引入本科实验教学，实现科研与教学的互动，具有新颖性与先进性。2.本实验平台是教育部科学技术重点研究项目“太阳能加热输送原油关键技术研究”中的实验系统，具有一定的学术研究价值和科技含量，发明专利已公开，CN1654879。3.本实验装置是在科研过程中自主研究开发，具有结构新颖、性能独特的特点。利用该装置可以完成多个相关专业教学实验。相关课程有《工程热力学》、《化工设备设计》、《传热学》等本科专业课程。弥补了我院长期以来没有开设上述专业课程教学实验的缺限。本成果的创新与特色1.自己动手建设，有自己的特色。比委托他人设计、购买千篇一律的装置更实用、也实惠。一个平台有多种实验功能。节省不必要的重复投资。。2.这一实验装置，可给学生的创新实践提供实验平台，有助于创新人才培养，是教学与科学研究互动理念的具体实践尝试。3.在本科教学评估中体现本专业的特色和教学水平。为建设具有全国影响的特色与品牌专业服务。华东理工大学EastChinaUniversityofScienceAndTechnology华东理工大学过程装备实验教学中心王学生教授教学与科研互动的专业课程实验教学探索及应用工程热力学实验实验指导工程热力学实验本实验是在完成教育部重点科技项目“太阳能加热输送原油系统关键技术研究（NO.105072）”基础上，利用所完成的科研项目中的过程原理知识及实验装置，结合目前我院过程装备与控制工程专业专业课实验教学的需求情况而实施完成的。本实验的科研项目背景¾掌握太阳能集热器的集热效率计算及影响因素；¾掌握换热器总传热系数K的计算与实验测试方法；¾掌握换热器火用效率计算与实验测试方法；工程热力学实验一、实验目的¾掌握常用热工测试仪表的原理及使用方法；¾熟悉流体速度、流量、压差、温度等参数的自动控制测量技术。¾了解全玻璃真空管太阳能集热器的结构及太阳总辐射能的测量方法；太阳能加热输送原油模拟实验系统示意图如图1所示。PTPT27113935128冷介质出冷介质进12414101511从集热器出去集热器热水箱蓄热水箱1617186工程热力学实验能量转换与传递综合实验装置实物照片（新装置），设在实验10楼101#（室内装置）（室外装置）工程热力学实验PC-2型太阳辐射记录仪TBQ-2总辐射表全玻璃真空集热管1—内玻璃管；2—外玻璃管；3—选择性吸收层；4—真空；5—弹簧支架；6—消气剂工程热力学实验/测试仪表实验一：太阳能集热器的集热效率测试（1）以时间为横坐标，太阳辐照强度为纵坐标，绘制太阳辐照强度变化曲线。（2）以时间为横坐标，热效率为纵坐标，系统热效率变化曲线。实验基本要求太阳热水系统瞬时热效率按下式计算1()wpwsiiCVTTAIρη−−=太阳热水系统平均热效率按下式计算：()wpwsebCVTTAHρη−=华东理工大学过程装备实验教学中心实验数据记录集热器面积A=m2环境温度To=℃10090807060504030201000太阳辐照强度（W/m2）水流量W(kg/min)出口温度To（℃）进口温度Ti（℃）时间(min)实验数据处理10090807060504030201000系统热效率辐照强度I（W/m2）水的比热（J/(kg·℃)定性温度(Ti-Ti-1)/2温度差（℃）Ti-Ti-1温度（℃）Ti时间（min）η实验二：换热器总传热系数K及传热效率ε测试（1）以冷流体流量为横坐标，总传热系数为纵坐标，绘制总传热系数变化曲线。（2）以冷流体温度为横坐标，传热效率为纵坐标，绘制传热效率变化曲线。实验基本要求已知热交换器的热负荷Q，换热器的传热面积A，平均温差Δtm，便可求出换热器的总传热系数KmQKAt=Δ其传热效率为：2111()cttTtε−=−t表示冷流体；T为热流体温度；1表示进口；2表示出口。实验数据记录换热器面积A=m2环境温度To=℃10090807060504030201000冷水流量W(kg/min)冷流体出口温度tco（℃）冷流体进口温度tci（℃）热水流量W(kg/min)热流体出口温度Tho（℃）热流体进口温度Thi（℃）时间(min)实验二：换热器总传热系数K及传热效率ε测试实验数据处理10090807060504030201000传热效率ε实际温差（℃）tco-tci理想温差（℃）Thi-tci总传热系数(W/m2.℃)K冷流体负荷（W）Qc平均温度（℃）Δtm时间（min）实验二：换热器总传热系数K及传热效率ε测试实验三：换热器火用效率计算与实验测试以对数平均温差为横坐标，为纵坐标，绘制换热器火用效率变化曲线。实验基本要求Th1、Eh1Th2、Eh2Tc2、Ec2Tc1、Ec1△Es1csehhEEEEηΔΔ==−ΔΔ火用效率实验数据处理10090807060504030201000火用效率△Eh热流体火用差（W）△Eh冷流体火用差（W）△Ec热流体火用差（W）△Eh平均温度（℃）Δtm时间（min）实验三：换热器火用效率计算与实验测试工程热力学实验实验结果曲线华东理工大学EastChinaUniversityofScienceAndTechnology谢谢！2008年6月13日