实验二换热器壳体应力测定实验 一、实验目的 1.掌握电阻应变片测定应力的原理和方法，熟悉有关应力测定仪器： 2.测定在壳程压力作用下换热器壳体上的应力： 3.测定在压力和温度载荷联合作用下换热器壳体上的应力。 二、实验装置 1,过程设备与控制多功能实验台 2.静态电阻应变仪Y订-33 三、基本原理 应力测定中通常用电阻应变仪来测定各点的应变值，然后根据广义胡克定律 换算成相应的应力值。换热器壳体可认为是处于二向应力状态，因此，在弹性范 围内广义胡克定律表示如下： E 周向应力：。=，+) (2-1) 轴向应办：口：低+， (2-2) 式中E和v分别为设备材料的弹性模量和泊桑比：e。和e,分别为周向应变和轴向 应变。电阻应变仪的基本原理就是将应变片电阻的微小变化，用电桥转换成为电 压电流的变化。 在正常操作条件下，换热器壳体中的应力是流体压力载荷（壳程压力P,、管 程压力P,)、温度载荷及重力与支座反力所引起的。由于换热器的轴向弯曲刚度大， 重力与支座反力在壳体上产生的弯曲应力相对较小，可以忽略。 因温度载荷只引起轴向应力，当压力我荷和温度载荷联合作用时有： 0g=0附 (2-3) 0,=0十0， (2-4) 式中σ。一压力载荷在换热器壳体中引起的环向应力，MPa: o一压力载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa c:一温度载荷在换热器壳体中引起的轴向应力，MPa
1 1 2 !"#$ 3 %&'()* !"#$ + 1, -./01234567 289 YJ-33 :;< = >? @ABCDEFGH I !JKL @+!"#MNOPQRST U9VWXYZ [\EFGH I]^_ ` aT ` ( ) 1 2 z E ε νε ν σ θ θ + − = b2-1c dT ` ( ) 1 2 ν θ ε ε ν σ + − z = z E b2-2c e: E ν fgO-.hi XYjklmn θ ε z ε fgOaTdT + op qPr stu vw!KO x u+ y<z {| !"#: Px# '(b s p }~ t p c}%&'( / +R!" dT& / #$ LtM+ V%&'( dT '(%&'()* ` p σ θ = σ θ b2-3c t z p σ z = σ z +σ b2-4c e: p σ θ —— '(!"#: T MPa p σ z —— '(!"#: dT MPa t σ z ——%&'(!"#: dT MPa +
温度载荷或温差大小的计算应以管程和壳程流体进出换热器壳体的温度值为 依据。但在实际试验中，从温度传感器到换热器出入口的过程中有热量损失，所 以换热器入口和出口的温度与测得的数据并非一致，换热器入口和出口的温度可 估算如下。 如图2-1，T、T分别为换热器管程热水入口和出口温度，1、1，分别为换热 器壳程冷水入口和出口温度，其中入口温度1，和测量值是一致的。 92 t2 Q1 1 图2-1温度分布示意图 (1)计算T 流体流经管路损失的热量等于流体经过管壁传出的热量，因管内为水，管外 为空气（设温度为），总传热系数K可近似等于水的传热系数，因此有： g,=Snk召+工-)=vpc-GT-TD 2 由此得 ipeT+SnK。-mK☑ Ti=- 2 S.Ka+V.Pcm (2-5) 其中：S=,, d,—管内径，d,=0.025m: l:一从传感器到换热器热水入口的长度，4=0.3m: 1? K,一从传感器到换热器热水入口管程总传热系数
2 %&'(%t J~ x#!"# %&@O D+56: %&¡¢£!"¤¥ , :"k¦§ !"¤¥¥ %&/ ¨ ©Dª«¬!"¤¥¥ %&M ®J_ + _¯ 2-1 ' T1 } ' T2 fgO!"~ "°¤¥¥%& 1 t } ' 2 t fgO!" ±°¤¥¥%&²:¤¥%& 1 t k@P¬ + ¯ 2-1 %&f³^´¯ b1cJ ' T1 x#xµ~¶¦§ "k·Rx#µ,~¸¡ "kV~\O°~¹ Oº»b-%&O t0c¼¡"½© K M¾¿·R° ¡"½©VW` ) ( ) 2 ( ' 0 1 1 ' 1 1 1 1 1 t V c T T T T Q St Kt − = t t pt − + = ρ W¨ t t pt t t t t t t pt t t V c S K S K T V c T S K t T ρ ρ + + − = 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 0 ' 1 b2-5c ²:` t1 i t1 S = πd l i d ——~\À i d =0.025m t1 l —— ¡¢£!""°¤¥ Á& t1 l =0.3m t1 l  Kt1—— ¡¢£!""°¤¥~ ¼¡"½©
6子位厂 其它符号说明见本实验附录。 (2)计算T T的计算与T相似 根据 Q,=S2k.石+-0=ypnm-I) 2 得 T= pcI-SKo+nKa正 2 Vipen -SaKa (2-6 2 其中：S2=d,l2 d,—管内径，d,=0.025m: 12一从换热器热水出口到传感器的长度，2=0.3m: K,2一从换热器热水出口到传感器的管程总传热系数， aan子wm径 (3)计算 与T和工计算相似，2计算如下： 由 9:=5aKa(-)-V.p.cm(-1) 2 得
3 0.14 0.8 0.33 1 1 0.027 = = × × × × w t e r i t t t R P d K µ λ µ α ²ÃÄÅÆÇÈp56ÉÊ+ b2cJ ' T2 ' T2 J/ ' T1 L¿+ CD ) ( ) 2 ( 2 ' 0 2 ' 2 2 2 2 2 t V c T T T T Q St Kt − = t t pt − + = ρ ¨` 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 ' 2 t t t t pt t t t t pt t t S K V c S K T V c T S K t T − − + = ρ ρ b2-6c ²:` t 2 i t 2 S = πd l i d ——~\À i d =0.025m t 2 l —— !""°¥£¡¢ Á& t 2 l =0.3m t 2 l  Kt 2 —— !""°¥£¡¢ ~ ¼¡"½© 0.14 0.8 0.33 2 2 0.027 = = × × × × w t e r i t t t R P d K µ λ µ α + b3cJ ' 2 t / ' T1 ' T2 JL¿ ' 2 t J_ ` ) ( ) 2 ( 2 ' 0 2 ' 2 2 2 2 2 t V c t t t t q Ss Ks − = s s ps − + = ρ ¨`
Veh-K+5a兰 V.per-Saka (2-7) 2 其中：Sa=d,2 d,—管内径，d,=0.025m: 12一从换热器冷水出口到传感器的长度，1,2=0.3m K,一从换热器冷水出口到传感器的管程总传热系数， K。=a=07x子××p" d (4. 四、实验步骤 (一)Y)-33型静态电阻应变仪及使用方法 YJ-33型静态电阻应变仪是一种带有w78E516单片处理机的智能型应变仪， 配合YZ-22型转换箱可进行自动测量。具有单片桥路非线性修正及自动调零功能， 因此预热时间短，测量精度高，稳定性好。Y33型静态电阻应变仪可通过通用并 行打印接口外接打印机，还可通过RS232接口与PC机相连，完成复杂的测量与 数据处理任务。其硬件工作原理如图2-2所示。 应变测量桥 夜变测量桥 CPU 变测量桥3 健位儿 图2-2Y-33型静态电阻应变仪工作原理
4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 ' 2 s s s s ps s s s s ps s s S K V c S K t V c t S K t t − − + = ρ ρ b2-7c ²:` s2 i s2 S = πd l i d ——~\À i d =0.025m s2 l —— !"±°¥£¡¢ Á& s2 l =0.3m s2 l  Ks2 —— !"±°¥£¡¢ ~ ¼¡"½© 0.14 0.8 0.33 2 0.027 = = × × × × w t e r i t s s R P d K µ λ µ α + b¬c YJ-33 Ë89Ì YJ-33 Ë89P¬ÍÎ W78E516 ÏQÐ Ñ4Ë Ò* YZ-22 Ëw!ÓMÔÕÖ k+×Ïv¶«ØYÙyÕÖÚÛ34 VWÜ"ÝÞ kß&àá Yâ+YJ-33 Ë89M;,; ª Ôãä她åãäÐæM;, RS232 å¥/ PC ÐLçèKéê k/ ©DQëì+²í|î _¯ 2-2 ^+ ✂✁✂✄✆☎✂✝✟✞ ✂✁✂✄✆☎✂✝✂✠ ✂✁✂✄✆☎✂✝☛✡ ☞ ✌ ✍ ✎ ✏ ✑ ☞✂✌ ✒☛✓ ✔✆✕ ✖☛✗ ✘✚✙✜✛ ¯ 2-2 YJ-33 Ë89î
」33型静态电阻应变仪所带的三蕊电源插头连接导电源线上，注意电源插头 接线的要求，错误的接法会损坏仪器或引起测量误差。特别注意要有良好的接地， 若不仍保证电源插座上有良好的接地，则一定要用专用的接地线连接仪器后而板 的接地接线柱上。 将连接电缆分别连接到应变仪和YZ-22型转换箱的七芯及24芯插座上，YJ-33 型静态电阻应变仪后面板通讯接口与计算机串口连接好 YJ-33型静态电阻应变仪的使用方法： (1)开机 开启Y-33型静态电阻应变仪的电源开关，仪器显示“欢迎使用YJ-33型静 态电阻应变仪”等字样，此时，按下“菜单”键，则进入主菜单操作界面。 (2)主菜单操作 主菜单中有十个功能菜单条，依次为：设定、调零、手动测量、自动测量、联 机测量、标定、打印、数据输出、显示初值、显示读数。各功能条前都一个提示 框“口”，当“口”中有“*”时按“确定”键，则进入该功能的进程，完成该功 能后自动退出主菜单：各功能条间可以通过“向上”、“向下”键来移动提示框“口” 中的“*”的位置，从而可以完成各种操作。 仪器在主菜单操作界面时，可分别按快捷键“联机”、“打印”、“测量”，从而 可以同上述操作一样分别完成“联机测量”、“打印”、“自动测量”的功能。 (3)设定菜单的操作 设定菜单包括灵敏系数、选择通道、检测通道、通讯方式四个参数，灵敏系数 为1.0000-9.9999之间的任意值，默认值2.0000：通道选择指的是需要自动测量的通 道范围，默认值为000-999通道；监测通道是指需特别注意的通道，默认值为000 通道：通讯方式是指仪器与上位机之间的通讯的被特率，可以是2400和9600两 种，默认值为9600。第一次开机显示的各参数的值就是默认值。 当参数前的“口”内有“*”时，按“确定”键就能对该参数进行改写，此时 该参数中的某一位会闪烁，则该位的值可以通过“向上”、“向下”键来减小或增 大所需的值，并且可以用“向左”、“向右”来改变闪烁的位置，直到每一位的值 都达到要求后，按“确认”键确认该参数的值并退出该参数的设定。若所有的参 数都设定好后，按“菜单”键返回到主菜单。 (4)调零 当调零菜单条前的提示“口”中有“*”时，按“确认”健，Y-33型静态电 阻应变仪则把从起始点到终止点的初始不平衡值测量出来，并把结果存于内存， 作为测量时的初始零点可以按“向上”、“向下”键翻页查看。 (5)手动测量 当手动测量菜单前的提示“口”中有“*”时，按“确认”键，Y33型静态
5 J-33 Ë89Î ïðñòóçåôñØ$, õ´ñòó åØ ö÷øù åú¦û kù+ügõ´öýâ åþ ñò$ýâ åþ¬ ö åþØçåB åþåØ $+ rçå fgçå£ YZ-22 Ëw!Ó 24 ò$YJ-33 Ë89B ;å¥/JÐ¥çåâ+ YJ-33 Ë89 Ì ` b1c Ð YJ-33 Ë89 ñ^Ì YJ-33 Ë8 9·W Ï ¤ Ïz + b2c Ïz Ï: 34Ï{!O`- }ÚÛ}"Ö k}ÕÖ k}) Ð k}# }ãä}©D$}^%@}^&©+>34{'(¬ )^ *¥¥:*+ ¤,34 èK,3 4BÕÖ- Ï>34{ÝM;,T$}T =.Ö)^*¥ : * /0 1MèK>Íz + Ïz Mfg23 )Ð}ãä} k 1 M4$5z ¬fgèK)Ð k}ãä}ÕÖ k 34+ b3c- Ï z - Ï6789½©}:;;<}= ;<};e> ?©89½© O 1.0000~9.9999 @Ý ë´@AN@ 2.0000;;<:;B PCöÕÖ k ; <Z[AN@O 000~999 ;<D ;<PBCügõ´ ;<AN@O 000 ;<;ePB/$/Ð@Ý ; EüFMP 2400 9600 G ÍAN@O 9600+H¬!Ð^ >?© @qPAN@+ ?©' ¥\*+ q4,?©ÔIJW ,?©: K¬/úLM,/ @M;,T$}T =NtO C @ªPM TQ}TR=ILM /0S£T¬/ @ (U£ö÷B+N +N,?© @ª-,?© - + ? ©(- âBÏ VW£ Ï+ b4cÚÛ ÚÛÏ{' )^¥:*+N YJ-33 Ë89 X Y?£Z[? %Y\]@ k=ªX^_`R\` O k %YÛ?MT$}T abcd+ b5c"Ö k "Ö kÏ' )^¥:*+N YJ-33 Ë89