《过程参数检测及仪表》课程设计报告

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：、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°C；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，气=50.38mm；差压Ap=5x104Pa，求给定差压值下的水流量q。解题过程：辅助计算。工作压力(绝对压力)：p=p+pb=0.58+0.1=0.68MPa查表可得：水密度p1=995.5502kg/m3，其动力粘度n=828.0053x10-6Pa-s，管道线膨胀系数«=11.16x10-6/C，节流件线膨胀系数£=16.60x10-6/C，将水视为不可压缩流体则其可膨胀性系数£=1。D=D[1+A(t-20)]=100.01116mmd‘=d2°[1+A(t—20)]=50.38836mmd&=—=0.50383Dtsd2^：pApA=0.354x0.004―i=316681.1485nDtJ1-S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。迭代计算。对角接取压标准孔板：C=0.5959+0.0312&2.1—0.184&8+0.0029p2.5(106)0.75ReD令Re。=8，得初值匕=0.60253。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/Re)"0.75);deta=abs((C(i)-C(i-1))/C(i));end迭代的中间结果如下：CommandWindow»cAc=k0.0025300000000000.604341136670956 0.604337067081626 0.604337076201988则最终可得C=0.604337(4)最终结果。q=0_^。七花=44769.24kg/h第二类命题9.流体为过热蒸汽，最大流量q皿=3x103kg/h，常用流量qmch=2.5x103kg/h,最小流量qmmin=1.5x103kg/h；工作压力(表压力)p=1MPa,工作温度t=310r；管道D20=76.2mm，材料为20号钢新无缝管，允许压力损失Aco<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：确定标准节流件形式；选定差压计；计算&、C、e、d；20确定最小直管段长度I。、I、12；(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qmchqmmaxqkg/hkg/hkg/h250030001500介质工作表压力 mmin pMPa1工作温度t°C310管道内径D20mm76.2管道材料20号钢新无缝管正常流量下允许压力损失ArokPa30阻力件：上游第一上游第二y球形阀全开渐扩管确定标准节流件形式。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).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。选择材料为1Cr18Ni9Ti。选定差压计。满刻度流量值q*确定。mmax规定的流量计满刻度系列值为qk=ax10n(a=1,1.2,1.6,2,2.5,3,4,5,6,8；n=0或任意正、负整数)最大流量q =3x103kg/h，选取最近的流量系列值q* =3x103kg/h。对应的Ap确定。从对压力损失的要求出发，标准喷嘴差压上限Apmax=(3~3.5)A①，但实际上若取Ap=3A①=90kPa，选择最近的差压系列值Ap=100kPa，最终验算出的压力损失Aro«45kPa>30kPa，远不满足题目要求。ch为减小压力损失，选择较小的差压上限Ap=3Aro=90kPa，选取最为靠近的差压系列值Ap=6x10kPa=60kPa。max(c)工作压力(绝对压力)：p=p+Pb=1.1MPa验算2・=0.0545V0.25，符合规定。pa验算ReD.=0.354&咛=336520.1435»3.4x105,查表得所有p值对应的最小雷t诺数推荐值Re*VRe ，保证了流出系数c变化的要求。Dmin Dm「n(d)常用流量对应的差压Ap=(L)2Ap =41.666kPa。ch q* maxmmax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Ap调整量程为0~60x103Pa。(3)计算P、C、e'd%。1)辅助计算。查表可得：过热蒸汽密度q=4.1999kg/m3,其动力粘度n=20.6275x10-6Pa-s,管道线膨胀系数«=13.38x10-6/r，节流装置线膨胀系数£=17.50x10-6/。。，过热蒸汽等熵指数K=1.3。Dt=D20[1+AD(t—20)]=76.49567mm一Ap t=1-—ch=0.999958pReDh=0.354、=560866.9058»5.6x105tA= L=0.25533230.004D2 Apt1ch2)迭代计算。假设C=e=1。根据以下公式进行迭代：X=A/(Ce1)&=(X2/(1+X2))1/4n n n1KT2/k1—&4 1—T(k-1)/ke= \K-11一&4T2/k 1一TC=0.9900-0.2262p4.1—(0.00175&2一0.0033&4.15)(106/ReD)1.15n nnn 一 X-X从n=3起用快速弦截法公式：Xn=Xn1-3n1广1_/n-1 n-2精度判别公式：e=3/A假设判别条件：|；|<5x10-10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”(T0))j=j+1;ifj<=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广(2)/(X(j广(2)+1)广(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))/(kT))*((1-beta(j)"(4))/(1-beta(j)”(4)*tau"(2/k)))*((1-tau”((kT)/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：

CommandWindow i3b$te=00.25&323Q'3dMOCiOO0.26144724：77fiSfl&20.2S1613322D729170.2fi]fil34723B4444Q.43B7080T001510000.497379033259420D'.0.0.刖3呻014网?2SB80,633&36J096L4099.沈LQODODCOOODOMOa0.9T6fi(]j309£8763L0.9759974,3&44^7610.9TGSlD0912DL194fl0.9759£0997049505fl.954739556191BOOGommandWindow 9»epsxloDepsiLon=LDOOOODQOQOOOOOO儿9盼"3B829郭SQ40.网9彩瘦0DGS2盼70.95997355787^5^0-9^9■355787^105耽94就9育423北S8G»dslisdelta=0.006^07^72^20.0001d79021S90360,000000L42~B；5B3o0-OOOOOOOODO&34320.000000000000L90»e■eLDOODODaODCOQOOO0.0234244103324.2]0.ODaSlEl^19474900.aODCOD559236D960.DDODODDOODIU^DD.ODODOOOOO(]OD477则最终可得g=0.503086,C=0.975981,6=0.999974d^=D^g=38.48390mmd= d^———=38.28958mm20[1+4(t-20)]确定最小直管段长度l、l、l。0 1 2向上估计g=0.55,查表得：l=f(g=0.7,渐扩管)x0.5=30Dx0.5=1.147ml=f(g=0.55,球形阀全开)=24D=1.836ml2=f(g=0.55)=6Dt=0.459m计算压力损失并进行核算。1)验算压力损失：1-g4—Cg2对ISA1932喷嘴，正常流量下压损为A®= Ap=24.7kPa<A®压力损失验算合格。2）核算正常流量:q*=0.004:C月一此州卜p1=2418.60kg/h(6)计算基本误差。91)对于ISA1932喷嘴:由于&«0.5V0.6,少c/C=±0.8%3/s=±2(Ap/p)%=0.083334%e ch1设3d/D=±0.1%，3d/d=±0.05%1151DP电容式差压变送器为0.2级：3 2 1, 、2 1卡=^x—x(差压计允许绝对误差)=^x x0.2%x60000=0.192%Ap3Ap 3416674） 假设温度、压力的测量不确定度为土1%，则3/p=±1%P5） 总不确定度：笔=±[(当2+(4)2+G2&L)2()2+(^^4)2+1(=)2+1(4)2]1/2qCs 1-&4 D1-&4d4Ap4p"=±0.9580%6）基本误差:33=fxq=23.9500kg/hm三、课程设计总结或结论所得：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