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）p?0.58MPa，工作温度t?30℃；管道
D20?100mm，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，d20?50.38mm；差压Δp?5?104Pa，求给定差压值下的水流量qm。 解题过程： (1)辅助计算。
工作压力（绝对压力）：pa?p?pb?0.58?0.1?0.68MPa
查表可得：水密度ρ1?995.5502kg/m3，其动力粘度η?828.0053?10-6Pa?s， 管道线膨胀系数λD?11.16?10-6/℃，节流件线膨胀系数λd?16.60?10-6/℃， 将水视为不可压缩流体则其可膨胀性系数ε?1。
(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：C?0.5959?0.0312β令ReD??，得初值C0?0.60253。 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C=0.604337 (4)最终结果。 第二类命题
9. 流体为过热蒸汽，最大流量qmmax?3?103kg/h，常用流量qmch?2.5?103kg/h，最小流量qmmin?1.5?103kg/h；工作压力（表压力）p?1MPa，工作温度t?310℃；管道D20?76.2mm，材料为20号钢新无缝管，允许压力损失Δωy?30kPa；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β、C、ε、d20；
(4)确定最小直管段长度l0、l1、l2； (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：
2.11060.75?0.184β?0.0029β()
ReD82.5项目 被测介质 流量测量范围：正常 最大 最小 介质工作表压力 工作温度 管道内径 管道材料 符号 单位 数值 过热蒸汽 kg/h kg/h kg/h MPa ℃ mm kPa 2500 3000 1500 1 310 20号钢新无缝管 30 球形阀全开 渐扩管 正常流量下允许压力损失 阻力件：上游第一 上游第二 (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q*确定。 mmax规定的流量计满刻度系列值为
n qk?a?10（a?1,1.2,1.6,2,2.5,3,4,5,6,8；n?0或任意正、负整数）3最大流量qmmax?3?103kg/h，选取最近的流量系列值q*。 mmax?3?10kg/h2)对应的Δpmax确定。
(a)从对压力损失的要求出发，标准喷嘴差压上限Δpmax?(3~3.5)Δωy，但实际上若取Δpmax?3Δωy?90kPa，选择最近的差压系列值Δpmax?100kPa，最终验算出的压力损失Δωch?45kPa?30kPa，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Δpmax?3Δωy?90kPa，选取最为靠近的差压系列值Δpmax?6?10kPa?60kPa。
(c)工作压力（绝对压力）：pa?p?pb?1.1MPa 验算
Δpmax?0.0545?0.25，符合规定。 pa验算ReDmin?0.354诺数推荐值Re*qmmin查表得所有β值对应的最小雷?336520.1435?3.4?105，
ηDtDmin?ReDmin，保证了流出系数C变化的要求。
qmch2)Δpmax?41.666kPa。 *qmmax(d)常用流量对应的差压Δpch?(3)型号选定。
可选用1151DP电容式差压变送器，其量程范围(0?31.3~186.8)kPa，仪表基本误差?0.2%，再根据Δpmax调整量程为0~60?103Pa。 (3)计算β、C、ε、d20。 1)辅助计算。
查表可得：过热蒸汽密度ρ1?4.1999kg/m3，其动力粘度η?20.6275?10-6Pa?s， 管道线膨胀系数λD?13.38?10-6/℃，节流装置线膨胀系数λd?17.50?10-6/℃，过热蒸汽等熵指数κ?1.3。 2)迭代计算。 假设C0?ε0?1。 根据以下公式进行迭代：
从n=3起用快速弦截法公式：Xn?Xn-1?δn-1精度判别公式：en?δn/A 假设判别条件：|en|?5?10?10 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
Xn-1-Xn-2
δn-1-δn-2beta(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β?0.503086，C?0.975981，ε?0.999974 (4)确定最小直管段长度l0、l1、l2。
向上估计β?0.55，查表得：l0?f(β?0.7,渐扩管)?0.5?30Dt?0.5?1.147m (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Δωch?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β?0.5?0.6，δc/C??0.8% 2)设δD/D??0.1%，δd/d??0.05% 3)1151DP电容式差压变送器为级：
1-β4-Cβ21-β?Cβ42Δpch?24.7kPa?Δωy
δΔp2121???(差压计允许绝对误差)???0.2%?60000?0.192% Δp3Δpch3416674)假设温度、压力的测量不确定度为?1%，则δρ/ρ??1%
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
过程参数检测及仪表》课程设计报告
