標準節(jié)流裝置的設計與計算

1、課程設計報告( 20132014年度第一學期 )課 程：過程參數(shù)檢測及儀表 題 目：標準節(jié)流裝置的設計與計算院 系： 自動化系 班 級： 學 號： 學生姓名： Acceler 指導教師： 田 沛 設計周數(shù)： 一周 成 績： 日 期： 2014 年 1 月 15 日一、課程設計目的與要求本課程設計為檢測技術與儀器、自動化專業(yè)過程參數(shù)檢測及儀表專業(yè)課的綜合實踐環(huán)節(jié)。通過本課程設計，使學生加深過程參數(shù)檢測基本概念的理解，掌握儀表的基本設計方法和設計步驟。二、設計正文第一類命題：已知條件：流體為水，工作壓力，工作溫度；管道，材料為20號鋼新無縫鋼管；節(jié)流件為法蘭取壓標準孔板，材料為1Cr18Ni9Ti

2、；差壓，求（1）給定差壓值下的水流量；（2）計算測量時的壓力損失。解：（1）輔助計算：查表得到水和水蒸氣密度=856.85kg/，動力粘度=127.3Pa·s，管道線膨脹系數(shù)=12.78/，節(jié)流件線膨脹系數(shù)=17.2/，可膨脹性系數(shù)=1。（2）查表可知，新無縫鋼管的絕對粗糙度K=0.050.1mm，(K/D)=4.29<4.9，所以直管段粗糙度符合要求。（3）迭代計算水流量：由Stolz方程，得：令式中= ，此時流出系數(shù)初始值為=0.60274。取精密度判據(jù)，利用Matlab進行迭代計算，程序代碼如下：A=7912885.84;yita=127.3e-6;b=0.504;Dt=

3、233.58;c0=0.5959+0.0312*b2.1-0.184*b8+2.286*b4/Dt/(1-b4)-0.856*b3/Dt;c=c0;z=1; % 初值預設while z>1e-6 % 迭代計算 c1=c; Re=A*c; c=c0+0.0029*b2.5*(1e6/Re)0.75; z=abs(c-c1)/c);endcqm=A*Dt*yita*c/0.354迭代2次后，精密度符合要求。此時C=0.602902，=400721.5kg/h。 對于標準孔板，其壓力損失的計算式為，將與值代入，得=114.23kPa。答：給定差壓值下的水流量約為400721.5kg/h；測量時

4、的壓力損失約為114.23kPa。第二類命題：已知條件：流體為鍋爐給水，最大流量，常用流量，最小流量；工作壓力，工作溫度；管道，材料為20號鋼新無縫鋼管，節(jié)流件為角接取壓標準孔板，材料為1Cr18Ni9Ti；允許壓力損失，上游第一阻力件為全孔球閥，上游第二阻力件為同一平面上兩個90°彎頭。（1）選定差壓計；（2）計算；（3）確定最小直管段長度；（4）計算壓力損失并進行核算；（5）計算基本誤差。 本題設計任務書如下：序號項目符號單位數(shù)值1被測流體名稱鍋爐給水2流量測量范圍：常用最大最小qqqkg/hkg/hkg/h1900002300001000003工作溫度t°C2154工

5、作壓力pMPa155管道內(nèi)徑（20°C實測值）Dmm1996管道材料20號鋼新無縫管7正常流量下允許的壓力損失kPa401、準備計算根據(jù)鍋爐給水工作狀態(tài)下的壓力=15MPa和溫度t=215°C，查表得流體密度=857.17kg/m,動力粘度=127.410Pa·s，管道線膨脹系數(shù)=12.78/，節(jié)流件線膨脹系數(shù)=17.2/?？膳蛎浵禂?shù)=1。計算D：計算正常流量和最小流量下雷諾數(shù)：Re=2.644×10Re=1.392102、選定差壓計由于采用角接取壓標準孔板，最大差壓的計算為：P（22.5）P=2=2×40=80 kPap=p（q/ q）=80

6、×10×（）=54.594kPa流量指示儀表的流量刻度上限是有規(guī)定的，即為1，1.2，1.6，2，2.5，3，4，5，6，8×10其中n為任意整數(shù)。題中最大流量為230t/h ，流量計流量刻度上限為=250t/h。故選用1151HP型差壓變送器，其量程范圍為0186.8kPa，耐靜壓為31.5MPa，儀表基本誤差為±0.25%。變送器差壓量程調(diào)整在080kPa。3.計算，C，流量公式：q= D，其中q、D已知，所以不變量A= 得迭代方程為：A=，令X=。精密度判據(jù)為：=<110。=，d=D= Dq=190×10kgh；D=199.496m

7、m；=857.17kg/m；p=54.594kPa計算A值：A=0.1745經(jīng)以上初步計算后，用Matlab進行迭代計算，程序代碼如下：A=0.1745;yita=127.3e-6;Re=2.644e6;i=2;Dt=199.496;xn(1:30)=0;b(1:30)=0;c(1:30)=0;dta(1:30)=0;en(1:30)=1;c(1)=0.5959; % 初值預設while (abs(en(i-1)>1e-6)&&(i<4) % 開始迭代計算 xn(i)=A/c(i-1); b(i)=(xn(i)*xn(i)/(1+xn(i)*xn(i)0.25; c

8、(i)=0.5959+0.0312*b(i)2.1-0.184*b(i)8+0.0029*b(i)2.5*(1e6/Re)0.75; dta(i)=A-xn(i)*c(i); en(i)=dta(i)/A; i=i+1;endwhile abs(en(i-1)>1e-6 % 快速弦截法 xn(i)=xn(i-1)-dta(i-1)*(xn(i-1)-xn(i-2)/(dta(i-1)-dta(i-2); b(i)=(xn(i)*xn(i)/(1+xn(i)*xn(i)0.25; c(i)=0.5959+0.0312*b(i)2.1-0.184*b(i)8+0.0029*b(i)2.5*(

9、1e6/Re)0.75; dta(i)=A-xn(i)*c(i); en(i)=dta(i)/A; i=i+1;enddt=b(i-1)*Dt;得：=0.5271；C=0.6032；=105.1605mm。又由得，=104.809mm。綜上，=0.5271；C=0.6032；=1；=104.809mm。 4. 確定最小直管段長度和對管道粗糙度的要求管道布置如下圖所示：上游第一阻力件為全孔球閥，上游第二阻力件為同一平面上兩個90°彎頭。最小直管段L由三段長度（L1，L2，L0）組成，L1是節(jié)流件與上游第一阻流件之間的直管段最小長度，由第一阻流件形式和值決定。L0是上游第一阻流件與第二阻

10、流件之間的直管段，由第二阻流件和=0.7決定，按表中給出值的一半計算。L2是節(jié)流件到下游阻流件直管段的最小長度，與下游節(jié)流件的形式無關，只與值有關。根據(jù)約等于0.55，查表并計算可得： =1/236=3582mm =14=2786mm =6=1194mm標準孔板對管道相對粗糙度的限值可查表得到，管道相對粗糙度上限值為4.9×10，所以要求節(jié)流件上游側(cè)10D以內(nèi)管道的絕對粗糙度K為 K<199.496×4.9×10=0.0978mm新無縫鋼管的絕對粗糙度K=0.050.1mm，符合粗糙度要求。5. 計算壓力損失并進行核算=(1-）p=（1-0.5271）

11、15;54.594=38.42kPa40kPa即，壓力損失驗算合格。6.計算基本誤差及測量結(jié)果的不確定度求取流量值相對不確定度的計算公式為： 因為=0.5271，所以有 =0.6%；鍋爐給水為不可壓縮流體，則=1，；與是與量具的誤差，、值誤差和工作溫度t值有關。在節(jié)流件工作在設計工作溫度時，主要取決于量具的誤差。按置信概率95%估算，=±0.07，=±0.4；=±0.06；由于的選擇差壓變送器為0.25級，選擇顯示儀表為1級，則 =%=1.01，綜上： 7. 結(jié)論（1）差壓計選用1151HP電容式差壓變送器；（2）=0.5271，C=0.6032，=1，=104.809mm；（3）最小直管段l=3582mm，l=2786mm，l=1194mm；（4）壓力損失=38.42kPa40kPa，壓力損失驗算合格；（5）不確定度=0.643%。三、課程設計總結(jié)通過此次課程設計，我得以加深對過程參數(shù)檢測基本概念的理解，掌握了儀表的基本設計方法和設計步驟