过程参数检测及仪表课程设计报告

过程参数检测及仪表课

程设计报告

Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

课程设计报告

( 2015 -- 2016 年度 第 一 学期 )

名 称：《过程参数检测及仪表》课程设计 题 目： 标准节流装置的计算 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成 绩：

日 期： 年 月 日

一、课程设计的目的与要求

本课程设计为自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。 二、设计正文

第一类命题

1. 已知：流体为水，工作压力（表压力）0.58MPa p =，工作温度30t =℃；管道

100mm D 20=，材料为20号钢旧无缝管；节流装置采用角接取压标准孔板，材料为

1Cr18Ni9Ti ，50.38mm d 20=；差压Pa 105p 4?=Δ，求给定差压值下的水流量

m q 。

解题过程： (1)辅助计算。

工作压力（绝对压力）：0.68MPa 0.10.58p p p b a =+=+=

查表可得：水密度31/m 995.5502kg =ρ，其动力粘度s Pa 10828.0053-6??=η， 管道线膨胀系数/1011.16-6D ?=λ℃，节流件线膨胀系数/1016.60-6d ?=λ℃， 将水视为不可压缩流体则其可膨胀性系数1=ε。

(2)题目未对管道直管段长度做出要求，故无需考虑此项检查；由于没有查出20号钢旧无缝管的管壁等效绝对粗糙度K ，无法检查管道粗糙度K/D 是否满足要求。 (3)迭代计算。

对角接取压标准孔板：0.75

D

62.5

8

2.1

)Re 10(0.00290.1840.03120.5959C βββ+-+=

令∞=D Re ，得初值0.60253C 0=。 在MATLAB 中编写迭代程序： A=; beta=; C(1)=; i=1; deta=1; while (deta> Re=A*C(i); i=i+1;

C(i)=+*(beta^*(beta^8)+*(beta^*((1000000/Re)^; deta=abs((C(i)-C(i-1))/C(i)); end

迭代的中间结果如下： 则最终可得0.604337=C (4)最终结果。 第二类命题

9. 流体为过热蒸汽，最大流量kg/h 103q 3mmax ?=，常用流量

kg/h 102.5q 3mch ?=，最小流量kg/h 101.5q 3mmin ?=；工作压力（表压力）

1MPa p =，工作温度310t =℃；管道76.2mm D 20=，材料为20号钢新无缝管，允

许压力损失30kPa y ≤Δω；管道阻力件：上游第一阻力件为球形阀全开，上游第二阻力件为渐扩管。要求： (1)确定标准节流件形式； (2)选定差压计； (3)计算20、d 、C、εβ；

(4)确定最小直管段长度210、、l l l ； (5)计算压力损失并进行核算； (6)计算基本误差。

解题过程：

由题目要求建立下表：

(1)确定标准节流件形式。

1)考虑到对压力损失的要求较为严格，选取的节流件为标准喷嘴（ISA1932喷嘴）. 2)考虑到角接取压的沿程压力损失变化对差压测量影响较小，采用角接取压方式；由于管道直径不大，故采用环室取压方式。 3)选择材料为1Cr18Ni9Ti 。 (2)选定差压计。

1)满刻度流量值*mmax q 确定。 规定的流量计满刻度系列值为

）05,6,8；n 2,2.5,3,4,1,1.2,1.6,（a 10a q 或任意正、负整数n

k ==?= 最大流量kg/h 103q 3mmax ?=，选取最近的流量系列值kg/h

103q 3

mmax ?=*。 2)对应的max p Δ确定。

(a)从对压力损失的要求出发，标准喷嘴差压上限y max 3.5)(3p Δω~Δ=，但实际上若取90kPa 3p y max ==ΔωΔ，选择最近的差压系列值100kPa p max =Δ，最终验算出的压力损失30kPa 45kPa ch >≈Δω，远不满足题目要求。

(b)为减小压力损失，选择较小的差压上限90kPa 3p y max ==ΔωΔ，选取最为靠近的差压系列值60kPa 10kPa 6p max =?=Δ。

(c)工作压力（绝对压力）： 1.1MPa p p p b a =+= 验算

0.250.0545p p a

max

<=Δ，符合规定。

验算5t

mmin

Dmin 103.45336520.143D q 0.354Re ?≈==η，查表得所有β值对应的最小雷诺数推荐值Dmin Re Re Dmin

<*

，保证了流出系数C 变化的要求。

(d)常用流量对应的差压41.666kPa p )q q (p max 2

*

mmax

mch ch ==ΔΔ。 3)型号选定。

可选用1151DP 电容式差压变送器，其量程范围186.8)kPa ~31.3(0-，仪表基本误差0.2%±，再根据max p Δ调整量程为Pa 106003?~。 (3)计算20、d 、C、εβ。 1)辅助计算。

查表可得：过热蒸汽密度31 4.1999kg/m =ρ，其动力粘度

s Pa 1020.6275-6??=η，

管道线膨胀系数/1013.38-6D ?=λ℃，节流装置线膨胀系数/1017.50-6d ?=λ℃，过热蒸汽等熵指数 1.3=κ。 2)迭代计算。 假设1C 00==ε。 根据以下公式进行迭代：

从n=3起用快速弦截法公式：2

-n 1-n 2

-n 1-n 1-n 1-n n -X -X X X δδδ-=

精度判别公式：/A e n n δ= 假设判别条件：10n 105|e |-?≤ 在MATLAB 中编写迭代程序： A=; Re=560000; k=; tau=; j=1;

C(1)=1; epsilon(1)=1; e(1)=1; while (e(j)>5*10^(-10)) j=j+1; if j<=3;

X(j)=A/(C(j-1)*epsilon(j-1)); else

X(j)=X(j-1)-(delta(j-1)*(X(j-1)-X(j-2))/(delta(j-1)-delta(j-2)));

end

beta(j)=(X(j)^(2)/(X(j)^(2)+1))^(1/4); C(j)=迭代的中间结果如下：

则最终可得0.9999740.975981，0.503086，C ===εβ (4)确定最小直管段长度210、、l l l 。 向上估计0.55=β，查表得：

1.147m 0.530D 0.5)0.7,f(t 0渐扩管=?=?==βl

(5)计算压力损失并进行核算。

1)验算压力损失：

对ISA1932喷嘴，正常流量下压损为y ch 2

4

24ch 24.7kPa p C -1C --1ΔωΔΔω≤=+=β

βββ

压力损失验算合格。

2)核算正常流量： (6)计算基本误差。 9

1)对于ISA1932喷嘴：

由于0.60.5<≈β，0.8%c/C ±=δ 2)设0.05%/d 0.1%，/D d ±=±=δδD 3)1151DP 电容式差压变送器为级：

0.192%600000.2%41667

1

32)(p 132p 差压计允许绝对误差ch p =???=??=ΔΔΔδ 4)假设温度、压力的测量不确定度为1%±，则1%/±=ρδρ

5)总不确定度： 6)基本误差：

三、课程设计总结或结论

1. 所得：本次课程设计，虽只有短暂的五天，我却得到巨大的锻炼。当面对一个灵活

且没有固定答案的问题，考虑的东西比平时面对理论知识要多，进而会从思考中发现，处理这个问题需要而自己欠缺的的东西，促动自己努力探索尚未涉足的领域！

2. 所悟：首先对于第一类校验问题的计算多了点熟练，相关计算并不是很难，重点在

于对题目中各个参数概念的把握及对应单位的留心，特别是对于工作压力与绝对压力的区别。迭代部分利用计算机实现，既加快运算速度，同时又提高精确度。 第二类设计问题是比较难的，主要思想是考虑用户的要求，特别是对于流量、压力损失的要求。节流件、差压计的选取不仅仅依靠计算结果，有许多数据是需要用经验值估计的，而在计算过程中感觉差压上限的选取特别重要。

四、参考文献

[1]常太华苏杰. 过程参数检测及仪表[M]. 中国电力出版社, 第二版2009年6月