汽車尾氣再循環(huán)冷卻器實驗臺研制

1、第一章 緒 論1.1試驗臺研研究的現(xiàn)狀及及意義近年來，由于人人們對于環(huán)保保問題日益重重視，排放法法規(guī)也越來越越嚴格。在我我國，北京已已于20088年3月1日已經率先先使用國四排排放標準，全全國其他地區(qū)區(qū)也將于20010年邁入入國四標準。這這些對于EGGR技術提出出了更高的要要求，冷卻的的EGR系統(tǒng)以以其更優(yōu)的排排放質量已經經成為了滿足足排放標準的的必要機內凈凈化措施，并并已成為國內內外汽車發(fā)動動機滿足排放放法規(guī)的必備備裝備。因此此人們不斷致致力于降低柴柴油機有害物物排放，尤其其是NOx(氮氧化物)和PM（顆顆粒）排放。廢廢氣再循環(huán)（EEGR）冷卻卻器技術對降降低柴油機的的NOx排放放有顯著效果

2、果，是目前普普遍采用的技技術。其原理理是將發(fā)動機機排出的定量量廢氣回送到到混流器與新新鮮空氣混合合后進入氣缸缸，由于廢氣氣再循環(huán)使得得燃燒溫度降降低，氧的相相對濃度降低低，NOx有有害排放得以以減少。冷卻卻器是廢氣再再循環(huán)裝置中中的重要元件件，它通過降降低廢氣溫度度，使廢氣再再循環(huán)更有效效。因此，必必須盡可能提提高廢氣再循循環(huán)冷卻器的的冷卻效率，保保證廢氣流過過時壓力下降降到規(guī)定的范范圍，這是冷冷卻器結構設設計的首要目目標。隨著EGR冷卻卻器制造技術術的提高及國國內外市場的的巨大需求看看，我們面臨臨著一個緊迫迫的問題，就就是冷卻器性性能測試平臺臺的短缺。 調查顯示，很很少有非換熱熱器公司具有有

3、EGR換熱熱器性能測試試實驗臺，即即使已有的試試驗臺，其中中多半的測試試手段和方法法已相對落后后。根據(jù)本公公司的實際需需要，為了節(jié)節(jié)省試驗成本本，廢氣用高高溫燃氣發(fā)生生器代替發(fā)動動機來獲得，通通過以水氣氣換熱的殼管管式EGR換換熱器作基本本模型，設計計出一套自動動化程度高、測測量準確、操操作簡單、適適用范圍廣的的EGR換熱熱器性能實驗驗系統(tǒng)。對不不同的EGRR換熱器型式式，通過簡單單的安裝，可可以在本實驗驗臺系統(tǒng)上得得到該換熱器器的一系列性性能參數(shù)，用用測量的溫度度、流量、壓壓力等參數(shù)，來來推算出傳熱熱系數(shù)與流速速之間，流阻阻與壓力差之之間的關系曲曲線和關系式式，由此可對對換熱器的傳傳熱性能進

4、行行評價和比較較。所以我們這個智智能化EGRR冷卻器實驗驗臺的建設，對對我國EGRR產業(yè)的發(fā)展展能夠起到一一定的推動作作用。一方面面能夠為以后后的EGR冷冷卻器的性能能參數(shù)提供可可靠方便的測測試平臺；另另一方面為以以后我國制定定EGR冷卻卻器性能參數(shù)數(shù)的行業(yè)標準準提供有效數(shù)數(shù)據(jù)及技術支支持。因此EEGR實驗臺臺的建設迫在在眉睫，也是是我們國家以以后發(fā)展所必必須擁有的一一項技術。1.2 EGRR冷卻器簡介介1.2.1冷卻卻廢氣再循環(huán)環(huán)技術的原理理研究表明，高溫溫富氧是汽車車尾氣排放中中NOx主要的的產生條件，廢廢氣再循環(huán)(EGR)技技術的基本原原理是將部分分排氣引入進進氣管，以提提高混合氣中中的

5、廢氣成分分，這樣一來來，廢氣對新新氣的稀釋作作用意味著降降低了氧濃度度，破壞了富富氧的條件；另一方面，由由于廢氣中含含有的水蒸氣氣和二氧化碳碳等三原子分分子，比熱容容大，可以有有效地降低氣氣缸內的最高高燃燒溫度，破破環(huán)高溫的條條件，從而達達到降低NOOx含量的目目的。然而，直接將廢廢氣送入進氣氣管的EGRR技術增加了了進氣溫度，降降低了燃燒效效率，因此也也降低了燃油油的經濟性，同同時提高了最最高燃燒溫度度，又使NOOx的排放量量增加。基于于此缺點提出出的冷卻的EEGR技術是是將再循環(huán)廢廢氣經冷卻器器冷卻后，再再送入進氣端端，進一步降降低進氣溫度度，更有利于于降低NOxx的排放，同同時也改善了了

6、燃油的經濟濟性。研究表表明：冷卻的的EGR技術對對于NOx，PM的排放以以及燃油的消消耗率都有積積極的影響。冷卻的廢氣再循循環(huán)技術并不不要求過低的的冷卻溫度，因因為過低的EEGR溫度不不僅會導致水水蒸氣和硫化化物的凝結，造造成汽缸壁的的腐蝕和磨損損，而且會導導致EGR冷卻器器尺寸增大，成成本增加。另另外，還有學學者提出：當當EGR率較小小時，EGRR冷卻與否對對發(fā)動機的燃燃油經濟性影影響相當，但但當EGR率超過過7之后，冷冷卻的EORR對發(fā)動機的的燃油經濟性性帶來不利影影響，而在此此范圍內，冷冷卻與非冷卻卻對于氮氧化化物的排放濃濃度的影響幾幾乎一致，印印沒有明顯降降低氮氧化物物的排放卻犧犧牲了

7、燃油的的經濟性。于于是，又有學學者對于不同同負荷下的EEGR冷卻溫溫度進行了研研究，并設計計了EGR冷卻溫溫度的控制裝裝置，根據(jù)不不同的工況，自自動控制EGGR冷卻溫度度，從而更進進一步的降低低NOx的排放放。1.2.2 EEGR冷卻器器的性能要求求和類型1EGR冷卻卻器的性能要要求EGR冷卻器是是一種換熱器器，選型的標標準很多，最最基本的涉及及待處理流體體的類型、操操作壓力、溫溫度、熱負荷荷和費用等。另另外，用于對對廢氣進行冷冷卻的EGRR冷卻器不僅僅要滿足熱交交換器的基本本要求，還要要滿足它自身身冷卻溫度不不能過低的特特殊要求。過過低的冷卻溫溫度將使排氣氣中的水蒸氣氣凝結，與排排氣中的含硫

8、硫化合物結合合形成酸，造造成對冷卻器器及連接管路路的酸性腐蝕蝕，降低冷卻卻器的壽命與與可靠性。由由于EGR冷卻器器的冷卻對象象是溫度較高高的再循環(huán)廢廢氣，要求冷冷卻器在較小小的換熱面積積下實現(xiàn)大的的熱量傳遞，而而且必須盡可可能提高廢氣氣再循環(huán)冷卻卻器的冷卻效效率，同時還還要適應發(fā)動動機振動大的的特點。此種種工作條件下下對冷卻器的的要求是：(1)冷卻器器要耐高溫、耐耐腐蝕；(22)體積小、散散熱效率高、壓壓力損失小、能能防堵塞。2EGR冷卻卻器的類型綜合考慮以上性性能要求，目目前應用到EEGR冷卻器器的換熱器可可以分為兩種種形式：管殼殼式換熱器和和板翅式換熱熱器。管殼式式換熱器是最最傳統(tǒng)的通過過

9、壁面進行換換熱的裝置，它它的研究與發(fā)發(fā)展也最健全全，而且得益益于管殼式換換熱器易于制制造，生產成成本低，選材材范圍廣，傳傳熱表面清洗洗較方便，適適應性強，處處理量大，具具有高度工作作可靠性，能能承受高溫、高高壓等優(yōu)點，很很好的滿足了了EGR冷卻器器的基本工作作要求，成為為了EGR冷卻器器最常見的方方式，目前可可見的管殼式式EGR冷卻器器有以下四種種形式：光管管式EGR冷卻器器、螺紋管式式EGR冷卻器器、翅片式EEGR冷卻器器、螺旋折流流板式EGRR冷卻器。另另外，板翅式式換熱器作為為高效換熱器器的一種形式式，以其結構構緊密，輕巧巧，傳熱面積積大，傳熱效效率高的特點點，亦被許多多的EGR冷卻器器

10、所采用。3.高效EGRR冷卻器如下圖圖：a.改進結構，提提高廢氣金屬水的總傳熱熱效率。將管管殼式改為平平板式或疊層層式或板翅式式，有最大的的氣金屬接觸面面積。b.選用導熱系系數(shù)更高的金金屬如鋁合金金等并解決焊焊接等工藝問問題等。常見EGR冷卻卻器的結構及及實物圖（見見附錄）1.3、主要任任務及目標任務：1.了解解目前國內汽汽車柴油機用用EGR冷卻卻器的發(fā)展狀狀況及國內外外EGR測試試實驗臺的現(xiàn)現(xiàn)狀。 2.深入了解所所需實驗設備備的性能指標標及個元器件件的市場價格格等，并為購購置實驗臺設設備提供參考考信息及方案案。 3.學習應用LLab VIIEW編程軟軟件及試驗數(shù)數(shù)據(jù)處理所需需的部分算法法，并

11、完成實實驗臺的控制制程序的編寫寫。4.了解掌握實實驗臺的設計計流程圖，工工作原理、工工作過程及要要求。目標：1.參與與完成實驗臺臺的研制與建建設并達到要要求的性能指指標。 22.完成對EEGR冷卻器器實驗臺控制制模式的改進進，即由手動動儀表控制到到計算機的自自動化控制。 33.在完成實實驗臺的基礎礎上，使設備備的測量精度度提高，且設設備成本相對對降低。第二章 總體體設計方案根據(jù)國家有關標標準及換熱器器性能實驗的的實驗原理，首首先對實驗系系統(tǒng)的硬件進進行了總體的的設計，在此此設計基礎上上搭建實驗臺臺并在建立過過程中作出相相應的改進和和調整。通過過實驗能夠確確定廢氣再循循環(huán)（EGRR）冷卻器的的傳

12、熱性能，給給出不同定性性溫度下傳熱熱系數(shù)與流速速之間的關系系，建立努謝謝爾準則數(shù)與與雷諾數(shù)之間間的準則方程程式；確定EEGR冷卻器器的流體阻力力性能，給出出壓力降與流流速之間的關關系。2.1 智能化化EGR冷卻卻器試驗臺性性能要求：1. 有燃氣發(fā)發(fā)生器作為氣氣源，其壓力力為0.1-0.3mppa，溫度為為200-6600，流量為335-1500KG/Hrr可調。2. 有溫度流流量可調的水水源。3. 同時記錄錄進出氣與進進出水的溫度度和壓力。4. 自動計算算和打印出各各試驗點的熱熱流和總傳熱熱系數(shù)。冷卻器試驗臺流流體流動示意意圖2.2 實驗臺臺系統(tǒng)實驗臺系統(tǒng)由實實驗臺本體、高高溫燃氣發(fā)生生器、空

13、氣冷冷卻器、熱水水源及可控硅硅溫度控制器器五大件組成。五五大件各自獨獨立，有較大大靈活性。系系統(tǒng)簡圖示于于圖4。圖4 換熱器器性能實驗示示意圖實驗臺本體結構構緊湊，實驗驗用的換熱器器置于高溫燃燃氣發(fā)生器廢廢氣出口上。水箱、管路、水泵、渦輪流量計、調節(jié)閥、加熱器及電阻溫度計組合成一個獨立的冷卻熱水源。三相可控硅溫控裝置溫度控制精度為0.1。為了防止水中有雜質與顆粒堵塞流量計并造成溫度計與壓力計的測量誤差，管路中設計加裝過濾器，過濾器可以定期取出沖洗除污。冷卻水的散熱系統(tǒng)除了水箱本身具有散熱能力外，冷卻水系統(tǒng)的管路中安裝空氣冷卻器，空氣冷卻器主要利用空氣來將熱水傳遞給冷水的熱量帶走，冷卻介質采用空

14、氣，一是盡管考慮到如果采用水冷，效果比空氣冷卻好，但是水資源的消耗較大；二是空氣資源十分豐富，且實驗過程中沒污染。換熱器中流體流流動形式可認認作為二次叉叉流，水-氣氣流向為逆流流。需測參數(shù)數(shù)共計11個：換熱熱器進、出水溫度和壓壓力（4個），進進、出廢氣溫度和壓力力（4個），大大氣溫度，水水流量及廢氣流量。水側側和氣側進出出口溫度用銅銅-康銅熱電電偶測量。水水側進出口溫溫度測點tww1，tw22布置在換熱熱器進出口水水管內；進口口空氣溫度測測點ta1布布置在緊靠換換熱器的進口口截面處，用用3對熱電偶偶并聯(lián)進行測測量；空氣出出口溫度測點點ta2布置置在換熱器出出口截面后的的均溫段出口口處，用9對對

15、熱電偶并聯(lián)聯(lián)進行測量。換換熱器內水流流量用渦輪流流量計測量，空空氣流量用風風機進風口內內的畢托管及及微差壓傳感感器進行測量量。實驗設計中，傳傳感器的選型型與設計安裝裝是十分重要要的，它們是是實驗結果的的精度與實驗驗系統(tǒng)設計成成功與否的關關鍵。根據(jù)國國家標準規(guī)定定，流量計、溫溫度計與壓力力計都有最低低限度的要求求，但不限制制使用其他同同等或更高精精度的測量儀儀表，具體要要求如下： 流量計：渦輪流量計計應安裝在水水平直管段上上，其渦輪上上游直管段長長度應不小于于20倍管徑徑，下游直管管段長度應不不小于15倍倍管徑。在儀儀表的上游直直管段起始端端應安裝過濾濾器；測量廢廢氣流量的板板孔式流量計計可以安

16、裝在在水平或垂直直管道上，安安裝時必須注注意流體流向向與流量計箭箭頭標示方向向一致。測量量管段內所有有密封墊片，夾夾緊后不得突突入管道內，否否則會使流速速紊亂，影響響測量精度。流流量計前后要要有足夠長的的直管段。在在新鋪設的管管路上安裝流流量計時，應應在清掃管線線之后再安裝裝。 溫度測量量：測溫元件件的感溫點應應位于管道中中心，其保護護管的插入深深度L應按溫溫度計使用說說明書的規(guī)定定；溫度保溫溫管的安裝應應符合規(guī)定。當當管道公稱直直徑大于Dgg80mm時時，垂直安裝裝法進行安裝裝；當管道公公稱直徑小于于或等于Dgg80mm時時，可以傾斜斜安裝、在管管道彎頭處安安裝或在擴大大管處安裝；測溫點的上

17、上、下游各處處300mmm范圍內，保保溫層應盡可可能加厚，換換熱器、混合合器、測溫點點之間的全部部管線應保溫溫良好。 壓力（差差壓測量）：靜壓測孔應應設置在距離離任何擾動區(qū)區(qū)（彎管、閥閥門等）下游游至少5倍管管徑、上游至至少2倍管徑徑處。靜壓測測孔應與測壁壁面垂直。水側和廢氣側進進出口溫度用用電熱阻溫度度計測量，水側和廢氣側進出口口壓力用擴散散硅壓力傳感感器測量。換換熱器內水流流量用渦輪流流量計測量，廢氣流量用板孔式流量計進行測量。所用傳感器都采用屏蔽線與控制柜及計算機進行連接，這是考慮到遠距離傳輸中防止傳輸信號受到干擾。為了方便校驗、觀測與控制，實驗系統(tǒng)采用了控制柜的儀表與計算機并行監(jiān)測現(xiàn)場

18、信號的處理方法。在系統(tǒng)調試運行正常后，將控制柜放置在現(xiàn)場，而核心部件計算機則放置在計算機房，進行遠程控制，這樣也可以實現(xiàn)手動與自動兩種不同的控制方法。2.3 測控系系統(tǒng)測控系統(tǒng)由溫度度、壓力及流流量傳感器及及變送器、控控制柜內的二二次顯示儀表表、I/V轉轉換板、ADD板卡、DAA板卡、變頻頻器、冷卻水水泵、高溫燃燃燒器進氣控控制閥及計算算機組成完整整的系統(tǒng)。系系統(tǒng)中使用的的電熱阻溫度度計輸出電流流信號，渦輪輪流量計輸出出脈沖信號，擴擴散硅壓力計計輸出電流信信號，溫度與與流量信號都都送往控制柜柜中的二次顯顯示儀表與計計算機并聯(lián)顯顯示，所有的的可遠傳信號號最后都變成成電流信號送送往I/V轉轉換板，

19、經AAD板卡變成成數(shù)字信號后后被計算機接接收?？刂品椒椒ú捎玫姆捶答伩刂?，主主要對制冷劑劑（即水）流流量和高溫燃燃氣發(fā)生器的的負荷進行控控制，由計算算機傳出的控控制量經DAA板卡變成模模擬信號后送送變頻器來調調節(jié)控制冷水水泵的轉速，和和高溫燃氣發(fā)發(fā)生器的進氣氣閥門開度和和燃油泵的轉轉速，從而達達到控制流量量的目的。圖五 換熱器性性能試驗測控控系統(tǒng)示意圖圖測試系統(tǒng)組成見見下圖6所示示圖六 原理接接線圖第三章 試驗驗臺測控系統(tǒng)統(tǒng)的硬件設計計及數(shù)據(jù)處理理3.1 硬件選選擇3.1.1實驗驗臺本體(包包括風源箱)(a)風機：風風量：8000 m3/hh、風壓：5580 Paa；出風口尺寸寸：233155

20、 mmm；進風口測速段直直徑：1338 mm(b) 換熱器器：換熱器為一緊湊湊的翅片管間間壁式散熱器器，由銅管束束套皺折的整整體鋁翅片構構成。結構參參數(shù)為 管束束：紫銅管管外徑： doo=8 mmm； 管內徑徑： di=7.2 mmm管節(jié)距： 橫向向： s1=18.5 mm； 縱縱向： s22=28 mmm翅片：鋁質、皺皺折、整片翅片厚 =00.1 mmm；翅片距 t=1 mmm； 翅片片數(shù)：m=2231水側結構尺寸：橫向管數(shù)：n11=8； 縱縱向管排數(shù)：n2=2總管數(shù)：n=nn1n2=166水側并聯(lián)管數(shù)：n3=n11=8管子總長度： =n通道面積：FWW = ?nn3 ?dii4氣側結構尺寸

21、：通道尺寸：a=233 mmm，b=1155 mmm，h=422 mm迎風面積：faa=ab換熱總面積：AAa=2bhhm2 d02. /4nm (a-m)2d0n 特征尺寸：Daa=4V AAa =4aabh Aaa3.1.2 高高溫燃氣發(fā)生生器燃氣溫度范圍：1505550;燃氣流流量范圍：00400000L/h；可調節(jié)燃油油和空氣的比比值。具體型型號、結構參參數(shù)待定。因為柴油機和汽汽油機一樣，每每個工作循環(huán)環(huán)也經歷進氣氣、壓縮、作作功和排氣四四個過程。但但由于柴油粘粘度比汽油大大，不易蒸發(fā)發(fā)，但自燃溫溫度卻低于汽汽油，故柴油油機可燃混合合氣的形成和和燃燒方式與與汽油機不同同。所以選擇擇柴油

22、機。圖圖1-4為四四行程柴油機機示意圖。（圖圖七） 柴油油機在進氣沖沖程吸人的是是純空氣，在在壓縮沖程接接近終了時，柴柴油經噴油泵泵將油壓提高高到10MPPa以上，通通過噴油器以以霧狀噴人氣氣缸，在很短短時間內與壓壓縮后的高溫溫空氣混合，形形成可燃混合合氣。因此，柴柴油機的可燃燃混合氣是在在氣缸內部形形成的。由于柴油機的壓壓縮比高，所所以壓縮終了了時氣缸內空空氣壓力可達達3.544.5MPaa，溫度高達達75011000K，大大大超過柴油油的自燃溫度度，故柴油噴噴人氣缸后，在在很短的時間間內即自行著著火燃燒，燃燃氣壓力急劇劇上升到69MPa，溫溫度升高到2200022500Koo在高壓氣體體推

23、動下，活活塞向下運動動并帶動曲軸軸旋轉作功。廢廢氣同樣經排排氣門、排氣氣管等處排人人大氣。3.1.3 換換熱器圖八為冷卻效率率對比實驗用用冷卻器的結結構圖，兩種種冷卻器的外外形尺寸相同同，均由199根直徑相同同的冷卻管組組成，管外徑徑為12mmm，光管內徑徑為10mmm，翅片管內內翅片高度為為1mm,內內徑為8mmm，兩種冷卻卻器的散熱面面積相同，均均為0.144m2，光管管冷卻器氣流流通路面積為為1491.5mm2，翅翅片管冷卻器器的氣流通路路面積為9555mm2。實實驗時，兩種種冷卻器所用用冷卻劑流量量保持相同，兩兩種冷卻器的的冷卻管均為為新管。圖八 兩種冷卻卻器基本尺寸寸參數(shù)換熱器（冷卻

24、器器）是將熱流流體的部分熱熱量傳遞給冷冷流體的設備備，又稱熱交交換器。在一個大的密閉閉容器內裝上上水或其他介介質，而在容容器內有管道道穿過。讓熱熱水從管道內內流過。由于于管道內熱水水和容器內冷冷熱水的溫度度差，會形成成熱交換，也也就是初中物物理的熱平衡衡，高溫物體體的熱量總是是向低溫物體體傳遞，這樣樣就把管道里里水的熱量交交換給了容器器內的冷水。以平板和翅片作作為傳熱元件件的換熱器。它它主要由板束束和封頭等構構成。板束中中有若干通道道。在每層通通道的兩平板板間放置翅片片，并在兩側側用封條密封封。根據(jù)流體體流動方式不不同，冷、熱熱流體通道間間隔迭置、排排列并釬焊成成整體，即制制成板束。兩兩流體流

25、動方方式有逆流、錯錯流和錯逆流流等。A、BB流體分別由由入口封頭經經一分配段的的導流片導入入各自的板束束通道，再經經另一分配段段的導流片導導至出口封頭頭而引出，兩兩流體呈逆流流間壁換熱。常用的翅片有平平直、多孔、鋸鋸齒和波紋等等形式。板翅翅式換熱器的的主要優(yōu)點是是：效能高。因因翅片對流體體的擾動，使使構成熱阻的的邊界層不斷斷更新，傳熱熱系數(shù)一般為為管殼式換熱熱器的3倍;而且在小溫溫差(1.552)下,熱(冷)量回收收效果好。用用于氣-氣換換熱時效果最最好。緊湊。因大大部分熱量是是經翅片通過過平板傳遞，設設備單位體積積的傳熱面積積可達15000米 /米米 。重量輕 傳傳熱面積相同同時，重量近近于

26、管殼式換換熱器的 11/5。堅固。因板板束為一整體體件而且翅片片在兩平板間間起支承作用用，故可承受受較高的工作作壓力。此外外，還可在同同一設備中實實現(xiàn)多種流體體同時換熱。但但板翅式換熱熱器通道狹小小、易堵塞，清清洗維修較困困難，制造工工藝較復雜。它它大多用鋁合合金制造，也也可用銅、不不銹鋼和鈦等等。由于鋁具具有良好的低低溫性能、重重量又輕，故故鋁制板翅式式換熱器特別別適用于制氧氧、乙烯和氦氦液化等深低低溫設備，也也可用于動力力裝置中。鋁鋁制板翅式換換熱器一般用用于設計壓力力小于 6.3兆帕、設設計溫度為+200-270的場合。中中國、美國、英英國和日本等等都已生產板板翅式換熱器器。板翅式換換熱

27、器的發(fā)展展趨勢是：提提高翅片精度度和釬焊質量量，增加品種種和規(guī)格，加加強對翅片性性能、多股流流和有相變工工況下的傳熱熱機理研究等等。圖九 冷卻器解解剖圖3.1.4 熱熱水源水箱尺寸：444025505500mm水泵：流量：0.6m3/h；壓力：0.1MPa電機功率率：80W，2200V；電加熱器器：共3只，每每只3kWW，220V水源溫度：800-1003.1.5 可可控硅溫度控控制器型號：DWWK型三相溫溫控裝置輸入信號號：熱電阻PPt100(WZP-231型)輸出出功率：三相相10kW；輸入電源源：三相3880V（1）可控硅溫溫度控制器的的應用選選擇優(yōu)良耐火火材料如高級級氧化鋁、耐耐火纖維

28、和輕輕質磚做成的的爐體是關鍵鍵的一環(huán)，以以硅鉬棒、硅硅碳棒等電加加熱元件提供供熱源的溫度度控制設備采采用可控硅溫溫度控制器，爐爐況穩(wěn)定，爐爐溫控制效果果在實時性和和控制精度方方面有顯著提提高。而采用用計算機和ppci總線控控制后，一臺臺計算機可以以同時控制多多臺電阻爐，不不但實現(xiàn)了程程序自動控制制，而且可以以多點溫度顯顯示記錄貯存存和報警等功功能，系統(tǒng)使使觸發(fā)電路等等大部份部件件互換，可以以使傳統(tǒng)的設設備得到升級級。這樣設備備管理工作實實現(xiàn)自動化，對對設備的維護護和維修比較較簡單。（2）可控硅溫度度控制器的組組成與原理溫度測量量與控制是熱熱電偶采集信信號通過piid溫度調節(jié)節(jié)器測量和輸輸出01

29、00ma或420ma控控制觸發(fā)板控控制可控硅導導通角的大小小，從而控制制主回路加熱熱元件電流大大小，使電阻阻爐保持在設設定的溫度工工作狀態(tài)。可可控硅溫度控控制器由主回回路和控制回回路組成。主主回路是由可可控硅，過電電流保護快速速熔斷器、過過電壓保護rrc和電阻爐爐的加熱元件件等部分組成成?？刂浦苹芈肥怯芍敝绷餍盘栯娫丛础⒅绷鞴ぷ髯麟娫?、電流流反饋環(huán)節(jié)、同同步信號環(huán)節(jié)節(jié)、觸發(fā)脈沖沖產生器、溫溫度檢測器和和pid溫度度調節(jié)器等部部分組成。（3）可控硅主主要參數(shù)a.額定電壓斷態(tài)重復峰峰值電壓u。：在門極斷路路而結溫為額額定值時，允允許重復加在在器件上的正正向峰值電壓壓。反向重復復峰值電壓：在門極斷路

30、路而結溫為額額定值時，允允許重復加在在器件上的反反向峰值電壓壓。通常取可可控硅的和中中較小的標值值作為該器件件的額定電壓壓。選用時，額額定電壓要留留有一定裕量量，一般取額額定電壓為正正常工作時晶晶閘管所承受受峰值電壓223倍。bb.額定電流流可控硅硅在環(huán)境溫度度為40cc和規(guī)定的冷冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)穩(wěn)定結溫不超超過額定結溫溫時所允許流流過的最大工工頻正弦半波波電流的平均均值。使用時時應按實際電電流與通態(tài)平平均電流有效效值相等的原原則來選取可可控硅并非應應留一定的裕裕量，一般取取1522倍。（4）安裝和操操作由于可控硅溫度度控制器的主主回路電流都都比較大，因因此選擇合適適的線路電纜纜直徑線路是是十分

31、重要的的，并且要確確保線路的可可靠連接，防防止負載短路路擊穿可控硅硅；考慮到可可控硅電流突突變時較易損損壞，開爐時時要手動調節(jié)節(jié)使電流緩慢慢上升，關爐爐時要關小電電流。3.1.6 空空氣冷卻器 主要利利用空氣來將將廢氣傳遞給給水的熱量帶帶走，冷卻介介質采用空氣氣。型號和具具體結構參數(shù)數(shù)待定。3.1.7 測測量儀器和傳傳感器a.進出水溫溫和進出氣溫溫用電熱阻溫溫度計；大氣氣溫度用銅-康銅熱電偶偶。b. 進出水壓壓和進出氣壓均均用采用HBB9500型型擴散硅壓力力傳感器。c.水流量用用LWGY-10A型渦渦輪流量計?；菊`差11%。d.廢氣流量用板空式式流量計，具具體型號待定定。e. 數(shù)據(jù)采集集

32、處理系統(tǒng)，包包括： (i) HHP349770A數(shù)據(jù)采采集單元及功功能插板；(ii) 計算算機；(iii) HHP823550A接口板板；(iv) 接口口電纜。3.2 測量儀儀表3.2.1熱電電阻溫度計常用的熱電偶溫溫度計盡管價價格便宜，但但精度低。熱熱電阻溫度計計測量精度高高，測量范圍圍為13.88K9033.8K，可可作為標準溫溫度計，且不不需要冷端補補償，可以遠遠傳等優(yōu)點。熱熱電阻溫度計計分別安裝在在冷卻水進出出口和廢氣進進出口的管路路上，插入中中心位置，以以測量進出EEGR換熱器器的冷水或廢廢氣的溫度差差。系統(tǒng)采用鉑電阻阻溫度計精度度等級為0.1級。顯示示儀表配備用用AI-8008P型

33、人工工智能工業(yè)調調節(jié)器。鉑電電阻溫度計配配有SBWZZ型一體溫度度變送器，將將它與熱電阻阻配合，可以以輸出4220mA的電電流，送與二二次顯示儀表表，二次顯示示儀表在顯示示數(shù)據(jù)的同時時，再將測量量信號轉換4420mAA的電流輸出出，送給I/V轉換板，通通過I/V轉轉換板轉變成成電壓后，由由AD卡采入入計算機中儲儲存、處理。3.2.2 壓壓力計壓力測量采用HHB95000型擴散硅壓壓力傳感器。該該壓力傳感器器屬固體應變變式壓力傳感感器，可安裝裝于管路上，用用來連續(xù)測量量（液體、氣氣體、蒸汽）的的壓力，可將將被測量信號號轉換成420mA直直流電信號輸輸出。測量信信號通過I/V轉換板變變成電壓后，由

34、由AD卡采入入計算機中。擴散硅原理，有有表壓、絕壓壓和差壓產品品；有隔離充充油金屬膜片片（ISO）、雙雙列直插（DDIP）、TTO8、表表面貼裝（SSO8）等等；多種封裝裝結構，可應應用于各種相相應測量場合合。 工作原原理：被測介介質的壓力直直接作用于傳傳感器的膜片片上（不銹鋼鋼或陶瓷），使使膜片產生與與介質壓力成成正比的微位位移，使傳感感器的電阻值值發(fā)生變化，和和用電子線路路檢測這一變變化，并轉換換輸出一個對對應于這一壓壓力的標準測測量信號。擴散硅壓力傳感感器主要應用用于： 醫(yī)療療器械（監(jiān)護護儀器、呼吸吸機）； 測量儀儀器及實驗設設備；工業(yè)控制及及設備檢測；能源及動力設備備；汽車設備、配配件

35、及制造行行業(yè)；航空、航天天、航海及軍軍事領域。圖十ICSennsors擴擴散硅壓力傳傳感器芯體應變式壓力傳感感器（strraingaauge ppressuure trransduucer）：利用彈性敏敏感元件和應應變計將被測測壓力轉換為為相應電阻值值變化的壓力力傳感器。應應變計中應用用最多的是粘粘貼式應變計計(即應變片片)。它的主主要缺點是輸輸出信號小、線線性范圍窄,而且動態(tài)響響應較差(見見電阻應變計計、半導體應應變計)。但但由于應變片片的體積小,商品化的應應變片有多種種規(guī)格可供選選擇，而且可可以靈活設計計彈性敏感元元件的形式以以適應各種應應用場合，所所以用應變片片制造的應變變式壓力傳感感器

36、仍有廣泛泛的應用。按按彈性敏感元元件結構的不不同,應變式式壓力傳感器器大致可分為為應變管式、膜膜片式、應變變梁式和組合合式4種。3.2.3 渦渦輪流量計和和板孔式流量量計渦輪流量計：該該流量計具有有精度高，慣慣性小，復現(xiàn)現(xiàn)性好，輸出出頻率信號抗抗干擾能力強強等優(yōu)點。此此類流量計的的輸出為脈沖沖信號，必須須與相關顯示示儀表配套使使用。系統(tǒng)采用LWGGY型渦輪流流量計，精度度等級為0.5級。顯示示儀表配用XXSL-1BB型智能流量量顯示儀表，由由現(xiàn)場采集的的流量信號由由流量計輸出出脈沖信號，此此脈沖信號被被送到XSLL-1B型智智能流量顯示示儀表，該儀儀表在顯示數(shù)數(shù)據(jù)的同時可可以輸出模擬擬信號，輸

37、出出420mmA(DC)的電流。電電流信號在通通過I/V轉轉換板轉換變變成電壓信號號后，經ADD卡送計算機機。板孔式流量計：又稱為差壓壓式流量計，是是由一次檢測測件(節(jié)流件件)和二次裝裝置(差壓變變送器和流量量顯示儀)組組成，廣泛應應用于氣體、蒸蒸汽和液體的的流量測量。具具有結構簡單單，維修方便便，性能穩(wěn)定定，使用可靠靠等特點?？卓装骞?jié)流裝置置是標準節(jié)流流件可不需標標定直接依照照國家標準生生產，1.國國家標準GBB2624-81流量量測量節(jié)流裝裝置的設計安安裝和使用；2.國際標標準ISO55167國國際標準組織織規(guī)定的各種種節(jié)流裝置；3.化工部部標準GJ5516-877-HK066。工作原理理

38、：充滿管道的的流體流經管管道內的節(jié)流流裝置，在節(jié)節(jié)流件附近造造成局部收縮縮，流速增加加，在其上、下下游兩側產生生靜壓力差。該流量計結構牢牢固,性能穩(wěn)穩(wěn)定可靠,使使用壽命長。此此類流量計的的輸出為壓差差型號，必須須與差壓變送送器連用。3.3 控制系系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要由由變頻器、AAD卡、DAA卡、漏電保保護裝置、溫溫度調節(jié)器及及計算機組成成。3.3.1 變變頻器流量調節(jié)的機構構采用1PFF11K,11PF7.55型SANKKen變頻器器，該變頻器器可把感應電電機用作可變變速驅動裝置置，通過改變變變頻器電流流頻率來調節(jié)節(jié)電機轉速，從從而達到調節(jié)節(jié)流量的目的的。變頻器的的輸入信號由由計算機通過過DA卡

39、輸入入，其輸入信信號為電壓，范范圍為0110V。變頻頻器是利用電電力半導體器器件的通斷作作用將工頻電電源變換為另另一頻率的電電能控制裝置置。可分為交交交變頻頻器，交直交變變頻器。交交變頻器器可直接把交交流電變成頻頻率和電壓都都可變的交流流電；交直交變變頻器則是先先把交流電經經整流器先整整流成直流電電，再經過逆逆變器把這個個直流電流變變成頻率和電電壓都可變的的交流電。3.3.2 AAD卡及DAA卡本系統(tǒng)采用中泰泰公司的PCC6313數(shù)數(shù)模及模數(shù)轉轉換卡，ADD卡與DA卡卡是集成在一一塊電路板上上，總線結構構為ISA總總線。1模入入部分：輸入入通道為單端端32路，AA/D轉換速速度為10uus，分

40、辨率率為12位。22模出部分：DA卡轉換換分辨率位112位，輸出出可為電流輸輸出，也可為為電壓輸出。轉轉換狀態(tài)可以以有程序查詢詢，也可用中中斷方式通知知CPU讀取取轉換結果。采采集的數(shù)據(jù)變變成數(shù)字信號號送到計算機機后，在計算算機中經控制制算法處理，然然后將數(shù)字信信號送于DAA卡并由DAA卡轉換成為為模擬信號，模模擬信號傳輸輸給變頻器，變變頻器在接到到計算機的電電壓信號后，通通過改變交流流電頻率來改改變水泵的轉轉速，從而改改變流過換熱熱器的流量，使使流量達到操操作員所設想想的結果。3.3.3 溫溫度調節(jié)器本系統(tǒng)采用可控控硅溫控裝置置，型號：DDWK型三相相溫控裝置，輸入信號：熱電阻Ptt100(

41、WZP-2231型)，輸出功率率：三相100kW；輸輸入電源：三三相380VV。其使用方方法：操作界面介紹見見下圖圖十一 可控硅硅溫控裝置操操作界面2操作步驟：（1）接好電電阻溫度計；接妥三相電電源；（2）打開總總電源開關，則則電源指示燈燈亮；（3）按XTTMA-19912數(shù)顯調調節(jié)儀功能鍵鍵“FUN”和和加數(shù)鍵“?”或減數(shù)鍵鍵“?”選擇“SP”（設設定參數(shù)）功功能，進行被被控溫度設定定值及調節(jié)參參數(shù)（PIDD）的設定，也也可進行溫度度上下限報警警值的設定；（4）手動/自自動切換開關關置于手動位位置，把手動動調節(jié)電位器器調到零位，按按主回路合閘閘按鈕（綠色色按鈕）使主主回路通電，調調節(jié)手動電位

42、位器從0到1100%，電電壓表及電流流表應從最小小平穩(wěn)變化到到最大，且三三相應基本均均衡，則表示示正常，若三三相很不平衡衡、則可交換換輸入電源線線的相序再試試；（5）手動/自自動開關置于于自動位置，XXTMA-11912調節(jié)節(jié)儀即自動對對水箱水溫進進行控制；（6）若水溫超超過報警上限限，則響警鈴鈴，亮紅色報報警燈，同時時自動斷開主主電源，負載載停止加熱。復復位需手動，待待降溫后重新新加熱，或檢檢查故障；（7）工作完畢畢，手動/自自動開關置手手動，手動調調節(jié)電位器置置零位。按紅紅色主回路斷斷開按鈕切斷斷主電源，關關掉儀表電源源。3.3.4 計計算機系統(tǒng)采用一臺IIBM（型號號待定）的筆筆記本，不

43、選選用工控機是是由于所選用用的筆記本電電腦具有性能能好，系統(tǒng)功功能更強的特特點，可以實實現(xiàn)實驗控制制與數(shù)據(jù)測量量，攜帶方便便，同時可以以在漫長的實實驗過程中進進行娛樂活動動。3.4 實驗原原理及實驗數(shù)數(shù)據(jù)處理3.4.1 計計算公式 (1) 水流量量 實測( ) （3-1） (2) 進口水水溫 實測 () （3-2）(3) 水進出出口溫差 w實測 () （3-3）(4) 出口水水溫 w () （3-4） (5) 水阻ww w實測 ( ） （3-5）(6) 氣流量量實測 ( ) （3-6） (7) 氣進溫溫 實測 () （3-7）(8) 氣進出出口溫差 實測 () （3-8）(9) 氣出溫溫 ()

44、 （3-9） (10) 氣阻阻 實測 ( ) （3-10）(11) 水側側放熱量w ( ) （3-11） (12) 氣側側吸熱量 ( ) （3-12） (13) 氣水對數(shù)平均均溫差(逆流流布置) () （3-13） (88) (14) 傳熱熱系數(shù) ( ) （3-14） (15) 水標標準散熱量 ( ) （3-15）(16) 氣水熱平衡衡誤差 ( ) （3-16） (17) 氣水冷卻效效率 ( ) （3-17） (18) 液側側表面?zhèn)鳠嵯迪禂?shù)的計算 18.1 管內內流速 ( ) （3-18）18.2計算管管內雷諾數(shù) （3-19）式中： 管管子內徑， -水的運動粘粘度，以水的的平均溫度用用插值法查

45、傳傳熱書得到； 18.3 液側側表面?zhèn)鳠嵯迪禂?shù)計算 ( ) （3-20） 式中： -水的導熱系系數(shù)，以水的的平均溫度用用插值法查傳傳熱學書得到到； 3.4.2 測測定換熱器傳傳熱系數(shù)及其其變化規(guī)律在某一穩(wěn)定工況況下冷卻水在在換熱管外流流動，其吸熱熱量為 QQw=Mwccpw(tww2-tw11) (WW) （3-21）空氣在換熱管內內流過，放熱熱量為 QQa=Mgccga(tgg1-tg22)(W) （3-22）以Qw和Qg的的平均值作為為換熱器的換換熱量，即 Q=(Qw+QQg)/2 (W) （3-23）換熱器的熱平衡衡誤差為： （3-24）誤差 tg2tw1時 （3-26）當tg1tww2

46、 = tg2tw1時 =(tg1tw2) （3-27）當tg1tww2 tg2tw1時 （3-28）換熱器工作時，廢廢氣流速、水水速及水溫的的變化對傳熱熱系數(shù)K都有有影響，其中中廢氣流速影影響較大。實實驗時，控制制閥門開度維維持穩(wěn)定的水水流量，由溫溫控器保持穩(wěn)穩(wěn)定的水溫，然然后多次改變變廢氣流量進進行實驗，可可得出某水溫溫、某水流量量下傳熱系數(shù)數(shù)隨空氣流量量的變化規(guī)律律。3.4.3 EEGR冷卻器器冷卻效率的的測定EGR冷卻器冷冷卻效率的定定義： （3-8）設定冷卻劑（即即水）進口溫溫度為一定值值時，測量廢廢氣冷卻前后后的壓力、溫溫度以及冷卻卻劑在冷卻前前后的實際壓壓力、溫度變變化值。例：設定

47、冷卻劑劑進口溫度為為90時，某冷冷卻器的實驗驗值如下表：測試序號tw1pw1kPatg1pg1kPatg2pg2kPatw2pw2kPa191260420600163580952002922504851050188103097190391210418350171320951634922005007251877009715859023029612515810092180690280330230187200932107913503323151702859325089131042012601451260942203.5 實驗步步驟及注意事事項3.5.1 控控制方式及功功能 測量方法是依據(jù)據(jù)穩(wěn)態(tài)測量方

48、方法，即當系系統(tǒng)達到穩(wěn)定定時，將被測測量參數(shù)采集集下來，并通通過如下公式式，進行計算算，最終得出出數(shù)據(jù)整理結結果。 在進進入測量界面面之前，被測測試驗件型號號、制造單位位、設定溫度度、傳熱面積積、流量范圍圍等輸入值均均以人機對話話的方式輸入入計算機。試試驗臺運行時時，在屏幕上上實時更新顯顯示兩側的狀狀態(tài)參數(shù)和變變化趨勢圖，如如常氣的進出出口溫度、流流量、流阻，被被控制的量的的現(xiàn)狀態(tài)以及及如控制按鈕鈕和模擬量輸輸出情況等。實驗過程中，系系統(tǒng)的溫度、流流量、加熱功功率可依靠計計算機進行調調節(jié)、切換等等，當實驗件件的水進口溫溫度穩(wěn)定在某某一工況且系系統(tǒng)處于熱平平衡（大流量量工況 ,小流量工工況 ）狀

49、態(tài)時，進進行數(shù)據(jù)的采采集（采集有有兩種方式，一一種是由計算算機自動采集集，另一種計計算機鍵盤采采集）、計算算、整理，打打印實驗數(shù)據(jù)據(jù)。3.5.2實驗步驟（1）接通可控控硅溫控裝置置電源，開啟啟溫控裝置，設設定熱水的加加熱溫度；（22）開啟回水水閥，開啟水水泵，改變調調節(jié)閥開度調調節(jié)水流量；（3）開啟風風機，將風門門開到最大開開度；（4）開啟高溫溫燃氣發(fā)生器器，最大負荷荷；（5）待水溫到達達設定溫度并并穩(wěn)定30分鐘后，讀讀取有關數(shù)據(jù)據(jù)（注意水流流量也應穩(wěn)定）；（6）逐逐次減小高溫溫燃氣發(fā)生器器的負荷改變變實驗工況，每每改變一次工工況穩(wěn)定300分鐘后再讀數(shù)據(jù)據(jù)。3.5.3 注意事項1. 熱水溫度度

50、一般設定在在60；2.水流量量一般選在55001800L/h左右；33.測傳熱熱系數(shù)K時，維維持恒定水流流量，改變不不同的高溫燃燃氣發(fā)生器的的負荷進行試驗。4. 可控硅溫溫控裝置設定定熱水溫度一一般取60；5. 水流量一一般選在0.080.1kg/ss(渦輪流量量計的頻率數(shù)數(shù)約在3000400HHz)；6. 為使輸給給溫控裝置信信號的電阻溫溫度計能感受受到水箱的水水溫，回水閥閥不能關死；7.采集單元功功能插板中各各被測參數(shù)的的通道號為：ch1大氣溫度TT0ch2空氣進口口溫度Ta11ch3空氣出口溫溫度Ta2cch4水水進口溫度TTw1ch55水出口口溫度Tw22ch6壓差傳感器器ch7渦輪流

51、量計計3.5.4 試試驗數(shù)據(jù)輸出出1打印或或抄錄實驗數(shù)數(shù)據(jù)表； 2. 標準傳熱熱量與氣側雷雷諾數(shù)的關系系曲線； 3. 傳熱系數(shù)數(shù)與氣側雷諾諾數(shù)的關系曲曲線； 4. 阻力壓降降與氣側雷諾諾數(shù)的關系曲曲線。心得體會 畢業(yè)設設計是學生綜綜合學習的一一個難得的機機會，同時它它也是檢驗這這幾年大學學學習水平的一一個機會。在在設計中涉及及到的知識面面很廣，它需需要我們查閱閱大量的資料料，從中吸取取對設計有幫幫助的東西來來達到一個優(yōu)優(yōu)化的目的。在在設計過程中中肯定有我們們以前沒有學學習過的新知知識需要我們們自學，這就就是需要耐心心，需要刻苦苦的鉆研和推推敲，特別是是對于各部分分的銜接是經經過論證后得得出的。

52、 通過畢畢業(yè)設計，真真正的學習到到了不少的東東西，特別是是對于自己動動腦思考問題題，動手解決決問題的能力力無疑是上了了一個臺階，讓讓自己知道了了從事技術方方面的學生扎扎實的基本功功是必不可少少的，對于創(chuàng)創(chuàng)新能力的培培養(yǎng)和加強得得引起高度的的重視，光課課堂的學習是是不夠的，通通過自學時提提高的一個途途徑，能夠將將所學到的知知識和自學的的新知識柔和和在一起已證證明了我們具具有一定的能能力。當然了了，方案肯定定能再次得到到優(yōu)化，這是是以后在工作作中需要繼續(xù)續(xù)考慮的問題題。參考文獻1 向飛、羅馬吉：廢氣再循循環(huán)（EGRR）冷卻器設設計的現(xiàn)狀與與發(fā)展JJ，中國水運運20099年第7期2 李志強強、胡瑞玲

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