換熱器性能試驗廣泛采用的方法是等雷諾數(shù)法及威爾遜分離系數(shù)法。應用這些方法得到的測量數(shù)據(jù)均是在不同的冷、熱流體流量、不同的冷、熱流體進出口處溫度和壓力下測取的,并據(jù)此數(shù)據(jù)進行數(shù)學分析得出換熱器的傳熱特性與阻力特性。傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方法是通過改變分流管閥門開度的大小來調(diào)節(jié)流量,采用變頻器后只通過改變輸出頻率來控制泵或風機的轉(zhuǎn)速即可。泵或風機的實際流量與流通截面積、流體的粘度、管路的布置及轉(zhuǎn)速等諸多因素有關。多種變量的影響對流量的控制提出更高的要求。對于薄壁的板式換熱器,由于冷、熱側(cè)的流量不同或壓力波的影響,使板片產(chǎn)生彈性變形,則兩側(cè)流量發(fā)生變化并相互影響,因此在測試工況較多時無法建立的控制函數(shù),而智能控制為解決這類復雜問題提供了有效的方法。目前,換熱器性能試驗臺的測試手段和控制方法比較落后,人工試驗任務繁重、試驗數(shù)據(jù)精度有限、難以準確檢驗換熱器的性能。為此,我們研制開發(fā)了具有計算機自動控制、控制方法簡便、測量數(shù)據(jù)精度較高的換熱器性能試驗測控系統(tǒng)。




1　試驗系統(tǒng)模式
1 1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由兩部分組成:一部分是由冷、熱水箱及換熱器所組成的現(xiàn)場流程;另一部分是由現(xiàn)場檢測與控制所組成的測控系統(tǒng)（見圖1）。冷、熱水箱及換熱器所組成的現(xiàn)場流程部分中,冷、熱水箱用來貯存冷、熱循環(huán)水。熱水箱的電加熱器由溫度調(diào)節(jié)器進行控制,使熱水箱內(nèi)水溫保持某一恒定的試驗溫度?？諝饫鋮s器將冷水吸收的熱量傳給空氣,確保換熱器冷水側(cè)進口溫度恒定。待測的換熱器與冷、熱水循環(huán)管路間用軟管聯(lián)接。現(xiàn)場檢測及控制部分的溫度、壓力及流量測點都配有傳感器及變送器,其產(chǎn)生的電信號傳遞到控制柜上的顯示儀表。顯示儀表與計算機并聯(lián)可通過計算機自動進行信號采集與控制,也可以用人工操作的方法進行試驗。用計算機自動工況試驗時,可以進行數(shù)據(jù)對比及試驗調(diào)節(jié)?？刂乒裉峁┞╇姳Ｗo,變頻器輸出與計算機并聯(lián)的數(shù)據(jù)顯示及相關的保護措施。計算機配有ＰＣＩ插口的Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換器及相關接口,用以檢測輸入信號及輸出控制信號。傳感器輸出的電信號經(jīng)Ｉ/Ｖ板轉(zhuǎn)換后送入Ａ/Ｄ卡,由計算機采集。軟件在Ｗｉｎｄｏｗｓ98.ｘ/ＮＴ平臺下,采用ＶＣ++語言編寫。軟件分為實時檢測層、數(shù)據(jù)存儲傳輸層及管理層。實時檢測層作為軟件的直接底層,主要進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的檢測、控制參數(shù)發(fā)送等與現(xiàn)場進行接口的工作及數(shù)據(jù)的臨時存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等前期處理工作。數(shù)據(jù)存儲傳輸層可將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中進行數(shù)據(jù)歸檔、轉(zhuǎn)發(fā)工作,具有傳輸、存儲數(shù)據(jù)及聯(lián)接實時檢測層與管理層的作用。管理層是軟件的zui高層,主要完成啟動與關閉試驗、提取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示、生成報表、打印、控制參數(shù)的計算與傳輸?shù)裙ぷ鳌?br />
1 2　系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)的功能主要包括:工作流程中實時采集運行參數(shù);自動控制熱水泵與冷水泵;智能控制流量;顯示實時數(shù)據(jù)及動態(tài)趨勢曲線;用數(shù)據(jù)庫保存實時數(shù)據(jù)及查看歷史數(shù)據(jù)庫;打印研究參數(shù)、報表及日志。通過工作臺流程及系統(tǒng)運行顯示可對控制模式及換熱器型式進行在線修改和調(diào)整。通過對采集數(shù)據(jù)的處理和分析可整理出傳熱及阻力特性方程。

1 3　技術特點
（1）*的流量控制系統(tǒng)系統(tǒng)中冷、熱水循環(huán)的流量受多變量的影響和薄壁換熱器流量變化的交互影響,因此無法建立的控制模型。本系統(tǒng)中采用了無需對象數(shù)學模型自適應能力的智能控制方法,達到了準確控制冷、熱水流量的目的。
（2）數(shù)據(jù)傳遞的三層結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)采用*的軟件編程方法,使高層管理與低層硬件訪問不直接進行數(shù)據(jù)傳遞,以避免造成數(shù)據(jù)或操作矛盾,導致程序錯誤動作而出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)。圖2為軟件層次結(jié)構(gòu)圖。

（3）豐富的人機界面操作人員需要與豐富的界面進行交流,以便能充分了解試驗原理、參數(shù)變化、系統(tǒng)變化趨勢及試驗數(shù)據(jù)的采集處理情況。以往由于計算機屏幕空間較小,多窗口同時運行造成空間過小,操作者看不清界面。重復的開關窗口會使操作不方便、系統(tǒng)資源浪費。不能同時呈現(xiàn)試驗臺的多種信息,造成操作者思維中斷或不清晰。本系統(tǒng)開發(fā)的新標簽窗口,可以多個窗口同時運行,且處理簡單方便。（4）靈活多樣的操作方式本系統(tǒng)可在計算機自動控制下按人工操作方法進行試驗,也可以在在線的形式下按控制模式調(diào)整或手動調(diào)節(jié)方式試驗。操作形式多樣而簡單,可多個界面同時向操作者展示試驗信息。



2　試驗應用分析
換熱器性能試驗測控系統(tǒng)自2000年開發(fā)研制,已在吉林大學熱能實驗室投入使用,按照國家機械工業(yè)委員會通用機械局企業(yè)標準,系統(tǒng)熱平衡誤差設計值應小于5%,傳熱系數(shù)測試誤差設計值應小于10%。為了保證設計要求,系統(tǒng)中測溫、測壓、測流量傳感器全部采用了精度較高的元件（如0 1級的Ｐｔ100鉑電阻溫度計、0.5級的渦輪流量計）,使溫度、壓力及流量的測量誤差控制在1%以內(nèi)。系統(tǒng)運行時,測試的熱平衡誤差控制在4%以內(nèi)、傳熱系數(shù)測試誤差在8%以內(nèi)時方能進行數(shù)據(jù)采集。通過對四平吉利換熱器廠的ＢＲ0.05型板式、Ｇ400型管殼式換熱器的實際測試表明,系統(tǒng)除了必要的預熱運行及標準規(guī)定的每個測定工況穩(wěn)定運行30ｍｉｎ以外,可在幾分鐘內(nèi)完成流量的穩(wěn)定調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)采集、歸檔及處理等工作,實現(xiàn)了在較短的時間內(nèi)完成全部14組數(shù)據(jù)的測量、整理及報表輸出工作。

3　結(jié)　論
（1）本系統(tǒng)解決了換熱器性能試驗過程中,數(shù)據(jù)記錄任務繁重、試驗時間長、數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)處理繁瑣的問題。（2）對于多變量影響的換熱器流量變化及薄壁換熱器流量變化交互影響下的流量控制問題,宜采用具有無需對象數(shù)學模型自適應能力的控制方法。