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。

m 100.01116m 20)](t [1D D D 20t =-+=λ 50.38836mm 20)](t [1d d d 20t =-+=λ0.50383D d tt==β5316681.148-1D pd 0.0040.354A 4t 12t =⨯=βηρεΔ(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：0.75D62.582.1)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=316681.1485;beta=0.50383; C(1)=0.60253; i=1; deta=1;while (deta>0.000001) Re=A*C(i); i=i+1;C(i)=0.5959+0.0312*(beta^2.1)-0.184*(beta^8)+0.0029*(beta^2.5)*((1000000/R e)^0.75);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。

/h 44769.24kg C D 0.354Aq t m ==η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：项目 符号 单位 数值 被测介质过热蒸汽 流量测量范围：正常 最大 最小 mch q mmax q mmin qkg/h kg/h kg/h 2500 3000 1500 介质工作表压力 p MPa 1 工作温度 t℃ 310 管道内径 20Dmm 76.2 管道材料20号钢新无缝管正常流量下允许压力损失 y ΔωkPa 30 阻力件：上游第一 上游第二球形阀全开 渐扩管(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nk ==⨯= 最大流量kg/h 103q 3mmax ⨯=，选取最近的流量系列值kg/h103q 3mmax ⨯=*。

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 amax<=Δ，符合规定。

验算5tmminDmin 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*mmaxmch 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。

76.49567mm 20)](t [1D D D 20t =-+=λ 0.999958p p -1ch==Δτ5tmchDch 105.68560866.905D q 0.354Re ⨯≈==η0.2553323p 0.004D q A ch1mcht ==Δρ22)迭代计算。

假设1C 00==ε。

根据以下公式进行迭代：)A/(C X 1-n 1-n n ε=1/422n ))X /(1(X nn +=β τττββκκτεκκκκ----=11111-1)/-(2/442/ 1.15D 64.1524.1)Re )(100.0033(0.001750.2262-0.9900C /βββ--=n n n n C X A εδ-=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=0.255323; Re=560000; k=1.3; tau=0.999958; 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)); elseX(j)=X(j-1)-(delta(j-1)*(X(j-1)-X(j-2))/(delta(j-1)-delta(j-2))); endbeta(j)=(X(j)^(2)/(X(j)^(2)+1))^(1/4);C(j)=0.99-0.2262*(beta(j)^4.1)-(0.00175*(beta(j)^2)-0.0033*(beta(j)^4.15))*((10^6/Re)^1.15);epsilon(j)=sqrt(((k*tau^(2/k))/(k-1))*((1-beta(j)^(4))/(1-beta(j)^(4)* tau^(2/k)))*((1-tau^((k-1)/k))/(1-tau))); delta(j)=A-X(j)*C(j)*epsilon(j); e(j)=abs(delta(j)/A); end迭代的中间结果如下：则最终可得0.9999740.975981，0.503086，C ===εβ38.48390mm D d t t ==β 38.28958mm 20)](t [1d d d t20=-+=λ(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=⨯=⨯==βl1.836m 24D )0.55,f(t 1球形阀全开====βl 0.459m 6D 0.55)f(t 2====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 2424ch 24.7kPa p C -1C --1ΔωΔΔω≤=+=ββββ压力损失验算合格。

2)核算正常流量：h 2418.60kg/p d -1C 0.004q 1ch 24tmch ==ρεβΔ* (6)计算基本误差。

91)对于ISA1932喷嘴：由于0.60.5<≈β，0.8%c/C ±=δ0.083334%)%/p p 2(/1ch =±=Δεδε2)设0.05%/d 0.1%，/D d ±=±=δδD 3)1151DP 电容式差压变送器为0.2级：0.192%600000.2%41667132)(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：0.9580%])(41)p (41)d ()12()D ()12()()C c [(q 1/222p 2d 24224422m q m±=++-+-++±=ρδδδβδββεδδδρD εΔΔ 6)基本误差：h 23.9500kg/q q mch mq q m m =⨯=δδ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。