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

Revised as of 23 November 2020

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;