标准节流装置计算.doc

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节流装置设计指导书

题目：

节流装置设计指导书

学生姓名：

指导教师：

专业班级：

能源科学与工程学院

2016年12月

目录

第一章．节流装置的设计计算命题

1.1设计所给命题

第二章．节流装置的设计计算

2.1节流装置设计计算命题

2.2设计计算（孔径计算）的方法

2.2.1已知条件

2.2.2辅助计算

2.2.3计算

2.3计算公式

2.3.1流量公式

2.3.2雷诺数ReD计算式

2.3.3节流件开孔直径d和管道内经D计算式

2.3.4可膨胀性系数计算式

2.3.5迭代计算法

第三章．具体计算过程

3.1给定条件

（1）工作状态下流体流量测量范围上限值

（2）工作状态下管道内径D

（3）工作状态下水的密度ρ1、粘度μ

（4）计算ReDcom

（5）管道粗糙度

（6）确定差压上限值

3.2计算

（1）求A2

（2）迭代计算

（3）求β2，计算C1

（4）求β3，计算C2

（5）求d值

（6）验算流量

（7）求d20值

（8）确定d20加工公差

（9）确定压力损失

（10）根据β=1和管路系统，可得直管长

一、节流装置的设计计算命题

1．1设计所给命题

①被测流体：

水

②流体流量：

=500t/h；=400t/h；=200t/h

③工作压力：

p1=14.6Mpa（绝对）

④工作温度：

t1=220℃

⑤20℃时的管道内径：

D20=233mm

⑥管道材料：

20#钢，新的无缝钢管，管道材料热膨胀系数λD=12.78×10-6mm/mm·℃

⑦允许的压力损失：

不限

⑧管道敷设：

⑨选用法兰取压标准孔板配DBC型电动差压变送器

二、节流装置的设计计算

2.1节流装置设计计算命题

①已知节流装置型式，管道内径D，节流件开孔直径d被测流体参数ρ、μ，根据测得的差压值Δp，计算被测流体流量或。

②已知管道内径D，被测流体参数ρ、μ，管道布置条件，选择流量范围，差压测量上限，节流装置型式，计算节流件开孔直径d。

③已知管道内径D，节流件开孔直径d，被测流体参数ρ、μ，管道布置条件，节流装置型式，流量范围，计算差压值。

④已知节流装置型式，直径比β，压值，流量或，被测流体参数ρ、μ，计算管道内径D和节流件开孔直径d。

命题①为现场核对投用流量计的测量值；命题②为新装设计节流装置的设计计算，一般设计计算就是指此命题，命题③用于现场核对差压计的测量值；命题④用以确定现场需要的管道尺寸。

2.2设计计算（孔径计算）的方法

2.2.1已知条件

①被测流体（混合介质的组分百分数）。

②流体流量：

最大（或）；常用（或）（可取0.8）；最小。

③节流件上流取压孔处被测流体的工作压力（绝对）。

④节流件上流取压孔处被测流体的工作温度t1。

⑤20℃时的管道内径D20。

⑥管道材料及材料热膨胀系数λD，内表面状况；节流件材料及材料热膨胀系数λD

⑦允许的压力损失Δω。

⑧管道敷设情况，上、下流阻力件类型及直管段长度。

⑨采用的节流装置型式。

2.2.2辅助计算

①根据（或）确定流量标尺上限值（或）。

②计算工作状态下管径D。

③求被测流体工作状态下粘度μ、等熵指数κ和密度ρ1。

④计算ReDcom。

⑤根据管道种类、材料和管道内表面状况，求Ra或K值。

⑥求Ra/D或K/D值，检查Ra/D或K/D值是否符合标准的要求。

⑦确定差压上限值，若流体为气体应检查是否符合标准≤0.25的要求。

⑧求，一般=0.64。

⑨确定差压计（或差压变送器）的类型。

2.2.3计算

①根据、D、ρ1、求A2

②根据节流装置型式确定β0公式。

③用迭代法求β值，进行迭代计算，直到<0.0001为止。

④求d值，d=D。

⑤验算流量

流量值偏差%

若0.2%，则计算合格，否则需检查原始数据，重亲新计算。

⑥求d20值

⑦确定d20加工公差，Δd20=±0.0005d20

⑧求压力损失Δω

⑨根据β值、阻流件类型确定节流装置上游侧直管段长度。

⑩计算流量测量不确定度Eqm（或Eqv）。

2.3计算公式

2.3.1流量公式

qm=Cε1-β4π4d22ρ1∆p

（2-1）

qv=Cε1-β4π4d22∆pρ1

（2-2）

式中qm、qv-分别为质量流量（kg/s）和体积流量（m3/s）；

C-流出系数；

ε-可膨胀性系数；

d-节流件开孔直径，m；

β-直径比，β=d/D；

D-管道内经，m；

ρ1-被测流体密度，kg/m3；

∆p-差压，Pa

2.3.2雷诺数ReD计算式

ReD=4qmπμD

（2-3）

ReD=4qvρ1πμD

（2-4）

式中D-管道内经，m；

μ-流体流动粘度，Pa·s；

其余符号同上。

2.3.3节流件开孔直径d和管道内经D计算式

d=d20[1+λdt-20]

（2-5）

D=D20[1+λDt-20]

（2-6）

式中d20、D20-分别为20℃下节流件开孔直径和管道内经；

λd、λD-分别为节流件材料热膨胀系数和管道材料热膨胀系数；

t-工作温度；

其余符号同上。

2.3.4可膨胀性系数计算式

（1）孔板可膨胀性系数ε计算式

ε=1-（0.351+0.256β4+0.93β8）[1-（p2p1）1/k]

（2-7）

式中β-直径比，β=d/D；

k-等熵指数；

p1-节流件上游侧流体静压力，Pa；

p2-节流件下游侧流体静压力，Pa；

适用范围：

p2p1≥0.75

（2）喷嘴文丘里管膨胀性系数ε计算式

ε=[kτ2/kk-11-β41-β4τ2/k1-τk-1k1-τ]1/2

（2-8）

式中τ-压力比，τ=p2/p1；

p2-节流件下游侧流体静压力，Pa；

其余符号同上。

适用范围：

p2p1≥0.75

。

2.3.5迭代计算法

节流装置设计计算4个命题不能用直接计算法求解，需用迭代计算法求解。

现以命题②的迭代计算方法为例加以说明。

①式（2-1）和式（2-2）用d=βD变换为下式

qm=Cε1-β4π4β2D22ρ1∆p

（2-9）

qv=Cε1-β4π4β2D22∆pρ1

（2-10）

②把2已知值组合在方程的一边，将未知值放在方程的另一边

Cε1-β4=4qmπD22ρ1∆p=A2

（2-11）

Cεβ21-β4=4qmπD22∆pρ1=A2

（2-12）

A2为已知量组合的不变量。

由式（2-13）可求得β

β=[1+CεA22]14（2-13）

下面对式（2-13）进行迭代。

1.计算βo

根据已知条件qm、qv、D、∆P、ρ1等，由式（2-11）和式（2-12）计算出A2，令ε=1，C取某固定值CO，则式为

β=[1+CoA2+0.062]14

（2-14）

2.计算β1

由βo、k、∆p代入ε公式计算εo；由βo、ReD、D代入C公式计算Co；将Co、εo、A2代入式（2-13）计算出β1。

3.计算β2

由β1、k、∆p代入ε公式计算ε1；由β1、ReD、D代入C公式计算C1；将C1、ε1、A2代入式（2-13）计算出ε2。

若满足βn-βn-1

三、具体计算过程

3.1给定条件

（1）工作状态下流体流量测量范围上限值

qmmax=138.89kg/s

qmcom=111.11kg/sqmmin=55.56kg/s

（2）工作状态下管道内径D

D=D201+λDt-20

=2331+12.78×10-6×220-20mm

=233.60mm

（3）工作状态下水的密度ρ1、粘度μ

ρ1=840.22kg/m3μ=1.24905×10-4Pa∙s

（4）计算ReDcom

ReDcom=4qmmaxπμD

=4×111.113.14×1.24905×10-4×0.2336

=4847308≥5000（且≥170β2D）

（5）管道粗糙度

Ra<0.01R<0.03Ra≤10-4d

管道粗糙度符合要求

（6）确定差压上限值

∆p=4qm1-β2πβ2D2C212ρ1

设β=0.5，C=0.6，代入

∆pmax=4×138.891-0.54π×0.52×0.23362×0.62×1840.22

=2.085×105Pa

∆pcom=0.64×∆pmax=0.64×2.085×105=1.335×105Pa

圆整到系列值，取∆pmax=210KPa，故

∆pcom=134.4KPa

3.2计算

（1）求A2

A2=4qmcomπD22ρ1∆pcom

=4×111.11π×0.23362×2×840.22×1.335×105=0.1726

（2）迭代计算

取βo=0.5

Co=0.5961+0.0261β02-0.216β08+0.000521106β0ReD0.7

+0.0188+0.006319000β0ReD0.8β03.5106ReD0.3

+0.043+0.080e-10L1-0.123e-7L1×

1-0.11Aβ04/1-β04-0.031M2'-M2'1.1β01.3

+0.0110.75-β02.8-D/25.4

将βo=0.5，ReDcom=4847308代入

Co=0.602628

β1=[1+CoA2+0.062]-14=0.5247298

（3）求β2，计算C1

C1=0.5961+0.0261β12-0.216β18+0.000521106β1ReD0.7

+0.0188+0.006319000β1ReD0.8β13.5106ReD0.3

+0.043+0.080e-10L1-0.123e-7L1×

1-0.11Aβ14/1-β14-0.031M2'-M2'1.1β11.3

+0.0110.75-β12.8-D/25.4

将β1=0.5247298，ReDcom=4847308代入

C1=0.603000

β2=[1+C1A2+0.062]-14=0.5245802

（4）求β3，计算C2

C2=0.5961+0.0261β22-0.216β28+0.000521106β2ReD0.7

+0.0188+0.006319000β2ReD0.8β23.5106ReD0.3

+0.043+0.080e-10L1-0.123e-7