中北大學
課程設計說明書
學生姓名： 王祿富學號： 080203423
學院： 機械工程與自動化學院
專業： 過程裝備與控制工程
題目： 換熱器出口溫度串級
控制系統設計
指導教師：劉廣璞職稱: 教授
崔寶珍職稱: 副教授
劉波職稱: 副教授
2023年1月2日
中北大學
課程設計任務書
2011/2012 學年第 1 學期
學院： 機械工程與自動化學院
專業： 過程裝備與控制工程
學生姓名： 王祿富學號： 0802034233
課程設計題目： 換熱器出口溫度串級
控制系統設
起迄日期： 2023年12月19日～2023年1月5日
課程設計地點中北大學
指導教師劉廣璞、劉波、崔寶珍
系主任姚竹亭
下達任務書日期: 2011 年12月 19日
課程設計任務書
換熱器是一種用來進行熱量交換的工藝裝置，在工業生產中應用極為廣泛。它的作用是通過熱流體加熱冷流體，使工作介質達到生產工藝所規定的溫度要求，以利於生產過程的順利進行，同時避免生產過程中的浪費，以節約能源。
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的裝置，又稱熱交換器。按照傳熱方式的不同，換熱裝置可分為三類：
1、混合式換熱器：利用冷、熱流體直接混合的作用進行熱量的交換。這類交換器的結構簡單、**前便宜、常做成塔狀。例如：冷水塔（涼水塔）、造粒塔、氣流乾燥裝置、流化床等。
2、蓄熱式換熱器：在這類換熱器中，能量傳遞是通過格仔磚或填料等蓄熱體來完成的。蓄熱式換熱器結構緊湊、**便宜、單位體積傳熱面大，故較適用於氣氣熱交換的場合。
主要用於石油化工生產中的原料氣轉化和空氣餘熱。
3、間壁式換熱器：所謂間壁式換熱器，是指兩種不同溫度的流體在固定的壁面（稱為傳熱面）相隔的空間裡流動，通過壁面的導熱和壁表面的對流換熱進行熱量的傳遞。 間壁式換熱器的傳熱面大多採用導熱性能良好的金屬製造。
在某些場合由於防腐的需要，也有用非金屬（如石墨，聚四乙烯等）製造的。這是工業製造最為廣泛應用的一類換熱器。按照傳熱面的形狀與結構特點它還可分為：
（1)管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等。
（2）板麵式換熱器：如板式、螺旋板式，、板殻式等。
（3）擴充套件表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強化的傳熱管等。
其中，在間壁式換熱器中，管殼式換熱器易於製造、生產成本較低、選材範圍廣、 傳熱表面的清洗比較方便、適應較強、處理量較大，具有高度工作可靠性，能夠承受高壓、高溫。雖然在結構緊湊性，傳熱強度和單位傳熱面積的金屬耗量方面它確實有著缺點，但是由於其優點，使之能在出現的新興換熱器的今天，依然充滿生命力，居於統治地位。
換熱系統中，生產過程需要對系統的一些引數進行控制，其中，換熱器出口介質的溫度是最為主要、最為常見的控制物件，也是關係工藝產品質量的重要因素之一。目前，對溫度的控制大都採用傳統的pid調節器。但是，由於換熱系統這種被控物件具有純滯後、大慣性的特點，而且整個控制過程與環境條件及換熱系統本身等因素密切相關，是乙個典型的引數時變的非線性系統，所以，要尋求乙個更好地控制辦法以滿足工業生產的需要
在本文中，以列管式逆流單程換熱器進行分析，令為熱流體的流量，為冷流體流量。分別為熱流體和冷流體的入口溫度，分別為熱流體和冷流體的出口溫度，而分別為熱流體和冷流體的比熱容。
靜態特性分析：
物件的靜態特性就是要確定之間的函式關係。靜態特性的求得，可以作為控制方案設計時系統的擾動分析。靜態放大係數也能作為系統整定分析，以及控制閥流量特性選擇的依據。
靜態特性推導的兩個基本方程式一熱量平衡關係式及傳熱速率方程序為了處理方便，不考慮傳熱過程中的熱損失，則熱流體失去的熱量應該等於冷流體吸收的熱量，為
1-1）
式中，為傳熱速率(單位時間內傳遞的熱量)；
為質量流量；為比熱容；為溫度。
式中的下標處 1 為載熱體；2 為冷流體；為入口；為出口。
另外，傳熱過程中的為
1-2）
式中，為傳熱系數；為傳熱面積；為兩流體間的平均溫差。
其中平均溫差對於逆流、單程的情況為對數平均值
1-3）
在，其誤差在5%以內，可採用算數平均值來代替。算術平均值為1-4）
對上述公式進行整理後得到：
1-5）
上式為逆流、單程列管式換熱器靜態特性的基本表示式。其中各通道的靜態放大倍數均可由此式推出：
(l)熱流體入口溫度對出口溫度的影響，即通道的靜態放大倍數。對上式進行增量化，令，則可得:
1-6）
由式可求得通道的靜態放大倍數為:
1-7）
該式表明，與之間為線性關係，其靜態放大倍數為小於1的常數。
換熱器冷卻水出口溫度組態監控系統設計
控制系統綜合設計 題目換熱器冷卻水出口溫度組態監控系統設計 目錄 摘要 1 第一章緒論 2 1.概述 2 2.設計任務 2 3.設計目的與意義 2 第二章換熱器工藝流程介紹 3 1.工藝流程圖 3 2.工藝過程簡述 3 3.控制方式的選擇 3 第三章硬體的選擇與設計 4 1.感測器的選擇 4 2.調...
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