《过程参数检测及仪表》课程设计.docx
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《过程参数检测及仪表》课程设计
《过程参数检测及仪表》课程设计
（）
1.通过本次课程设计，使学生能在充分掌握本课程基础理论的基础上，锻炼其综合所学
知识，在工程的角度上解决实际问题的能力。
1．1充分掌握《过程参数检测及仪表》课程的基本原理；
1．2具备针对实际工程问题，设计合理检测系统的综合能力；
1．3具备针对实际情况，对所需仪器仪表合理选型的能力；
1．4重点掌握节流变压降流量测量系统的设计方法和具体细节。
3q,230，10kg/h流体为过热蒸汽，最大流量为：
常用流量maxm
33q,200，10kg/hq,100，10kg/h,最小流量；工作压力，工作温度13MPaminmchm
550?
；管道D,221mm,材料为12CrMoV钢轧制的新无缝钢管；允许压力损失?
60kPa;；20
o上游第一阻力件为90平面弯头，上游第二阻力件为全开球阀。
求：
（1）确定节流件形式；
（2）选定差压计；（3）计算β,C,ε,dl,l,l；（4）确定最小直管段；（5）计算压力损20012失?
w并进行核算；（6）计算基本误差。
max
熟悉设计内容,查阅相关资料12008年1月12日2具体设计2008年1月13日-1月
14日
3撰写设计报告2008年1月15日4答辩2008年1月16日
1．课程设计报告;
2．标准节流件的机械加工图.
答辩
学生姓名：
指导教师：
年月日
第二类计算命题1.通过本次课程设计，使学生能在充分掌握本课程基础理论的基础上，锻炼其综合所学
知识，在工程的角度上解决实际问题的能力。
1．1充分掌握《过程参数检测及仪表》课程的基本原理；
1．2具备针对实际工程问题，设计合理检测系统的综合能力；
1．3具备针对实际情况，对所需仪器仪表合理选型的能力；
1．4重点掌握节流变压降流量测量系统的设计方法和具体细节。
（一）设计题目：
流体为过热蒸汽，最大流量为：
3q,230，10kg/h,常用流量maxm
33q,200，10kg/hq,100，10kg/h,最小流量；工作压力，工作温度13MPaminmchm
550?
；管道D,221mm,材料为12CrMoV钢轧制的新无缝钢管；允许压力损失?
60kPa;；20
o上游第一阻力件为90平面弯头，上游第二阻力件为全开球阀。
求：
（1）确定节流件形式；
（2）选定差压计；（3）计算β,C,ε,dl,l,l；（4）确定最小直管段；（5）计算压力损20012失?
w并进行核算；（6）计算基本误差。
max
（二）计算任务书：
序号项目符号单位数值1被测介质名称过热蒸汽
kg/sqmch
流量测量范围：
正常55.562
kg/sq最大mmax63.89
最小27.78qkg/smmin
3C介质温度550t
6介质工作压力13×104PaP
-35DC管道内径（20下实测值）20221×10m6管道材料12CrMoV钢轧制的新
上游第一阻力件为同一无缝钢管管道阻力件平面90?
弯头，第二阻7
力件为全开球阀
3,,8y正常流量下的允许的压力损失60×10Pa
9
管道简图：
（三）设计步骤：
1、准备计算：
（1）根据锅炉给水的工作压力PP=13MPa，可计算锅炉给水的绝对压力=13.1MPa1
（2）由正常工作时的绝对压力P=13.1MPa和温度t=550?
，
可从表II-2中可查得：
3绝对压力P=13MPa，温度t=540?
时，锅炉给水的密度为,,37.922kg/m，
3绝对压力P=13MPa，温度t=560?
时，锅炉给水的密度为,,36.670kg/m，
3绝对压力P=14MPa，温度t=540?
时，锅炉给水的密度为,,41.152kg/m，
3绝对压力P=14MPa，温度t=560?
时，锅炉给水的密度为,,39.761kg/m，
3经线性化计算得，正常工作情况下，锅炉给水的密度为,,37.588kg/m；
可从表II-1中可查得：
6绝对压力P=10MPa，温度t=540?
时，给水的动力粘度为,,30.59，10Pa,s，
6绝对压力P=10MPa，温度t=560?
时，给水的动力粘度为,,31.38，10Pa,s，
6,,30.96，10Pa,s，
6绝对压力P=15MPa，温度t=560?
时，给水的动力粘度为,,31.75，10Pa,s，绝对压力P=15MPa，温度t=540?
时，给水的动力粘度为
6经线性化计算得，正常工作情况下，给水的动力粘度为,,31.73，10Pa,s；（3）由管道材料为12CrMoV钢轧制的新无缝钢管及工作温度550?
，可从表中II-3中查得
6o,1管道材料的线膨胀系数,,13.65，10C；D
（4）可由查得相关数据计算DRR，，，计算公式如下：
teDcheDmin
44qqminmchm,R,RminD,D[1，,（t,20）]，eDcheDt20DπDηπDηtt,
则由程序（程序见附录）可计算的：
76R,1.0016，10R,5.0078，10D,0.2226m，，mineDcheDt
可见,在最小流量下的雷诺数R已经超过各种形式标准节流件雷诺数适用范围的下eDmin
限。
2.选择节流件形式，差压计类型和量程
由于所测流体为过热蒸汽，且压力损失的限制较为严格，故选用标准喷嘴。
差压计量程上限,P按下式进行计算：
max
33,,,P=3.5=3.5×60×10=210×10（Pa）ymax
3因此可选用1151DP电容式差压变送器，其量程范围为（117.2—689.5），10Pa，准确
3度等级为0.25级，变送器差压量程调整在0——210，10Pa.由于本例最大流量为230t/h，所以流量计流量刻度上限q定为250t/h.mmax
P,210000max验算==0.016＜0.25，符合规定。
P1*******
3、计算常用流量下的差压值,Pch
q2mch,P,P=（）chmaxqmmax
5由程序算得：
P=1.344×10Pach
值和d值,
q4、迭代计算mch计算A值：
A=,2D2,,Pt14
由程序算得A=0.4491
（1）计算程序如下：
clear;
qch=55.56;
qmin=27.78;
D20=0.221;
ρ=37.588;
t=550;
η=31.73e-006;
pzxs=13.65e-006;
Dt=D20*（1+pzxs*（t-20））
redch=4*qch/（pi*Dt*η）redmin=4*qmin/（pi*Dt*η）pch=210000*（200000/250000）^2
A=4*qch/（pi*Dt^2*sqrt（2*ρ*pch））
p1=13100000;
k=1.3;
c=0.95;
e=0.99;
X=A/（c*e）;
=（1+1/（X^2））^（-0.25）;
whileabs（（A-X*c*e）/A）>5e-5
X=A/（c*e）;
=（1+1/（X^2））^（-0.25）;
c=0.9900-0.2262*,^4.1-（0.00175*,^2-0.0033*^4.15）*（1000000/redch）^1.15
e=（（1-pch/p1）^（2/k）*（k/（k-1）*（1-（1-pch/p1）^（（k-1）/k））*p1/pch）*（1-,^4）/（1-
^4*（1-pch/p1）^（2/k）））^0.5,
end
c
e
m=abs（（A-X*c*e）/A）
（2）运行结果：
Dt=0.2226
redch=1.0016e+007
redmin=5.0078e+006
pch=1.3440e+005
A=0.4491
β=0.6565
c=0.9500
e=0.9900
m=0
即
,=0.6565C=0.9500=0.9900
,AXC精密度检查:
=0A5.验算压力损失
正常流量下的压力损失,,为ch
42,,,,C1,,,P=chch42,，C1,,
4由程序得计算结果为：
,,,=5.0501×10（Pa）＜ych
程序为:
=0.6565;
c=0.9500;
pch=1.3440e+005;
wch=（sqrt（1-,^4）-c*,^2）/（sqrt（1-,^4）+c*,^2）*pch
运行结果为：
wch=5.0501e+004
20压力损失验算合格。
60,1选用1Cr18Ni9Ti不锈钢为喷嘴材料，查的,=18.2×10C,故6.确定dd
dDttd==201，,（t,20）1，,（t,20）dd
结果由程序算出：
程序为：
β=0.6565;
Dt=0.2226;
t=550;
a=18.2*10^（-6）;
d=β*Dt/（1+a*（t-20））
运行结果为：
d=0.1447
即d=0.1447（m）20
7.确定直管段长度和对管道粗糙度的要求按=0.6565,上游侧第一阻力件为90度弯头，上游侧第二阻力件为全开球阀，从表,
10-2中可查得：
L1=22Dt=22×0.2226?
4.9m；L2=7Dt=7×0.2226?
1.6m；L0=0.5×20Dt=10
×0.2226?
2.3m.
喷嘴对管道相对粗糙度的限值从表中查得，对于,=0.7，管道相对粗糙度限值为4.0
4×10，所以本例中要求10D以内管道的绝对粗糙度K为S
4K＜222.6×4.0×10=0.089（mm）S
新无缝钢管的绝对粗糙度K=0.05～1mm，选择内壁光滑的无缝钢管即能符合粗糙度要S
求。
8.计算流量测量的不确定度
C对于标准喷嘴，β>0.6时，,（2,,0.4）%,0.913%；C
3,,p1.344，10,,2%,2，%,0.02%；6p13，10,
d,,0.1%；d
D,,0.2%；D
,1；,,1.0%,1
差压变送器为0.25级，指示仪表为1级，则
322,2210，100.25，1,p,，%,1.074%3,3134.4，10p
因此
4,,,,,,,2,,211qm2222222c,dD,P1=[（）+（）+（）（）+（）（）+（）+（）44,DdC1,,,P44q,1,,m1
20.5]
,,,,,,c,dD,P1结果由程序计算得出：
令a=,b=c=,d=,e=,f=,DdC,P,1
程序为：
a=0.009;
b=0.0002;
c=0.002;
d=0.001;
e=0.01074;
f=0.01;
β=0.6565;
m=[a^2+b^2+（（2*β^4/（1-β^4））^2）*c^2+（（2/（1-β^4））^2）*d^2+0.25*e^2+0.25*f^2]^0.5
运行结果为：
m=0.0119
即有：
qm=1.19%qm
通过这次课程设计基本上达到了预期目的目，在本次设计中的公式较多，计算量较大，
在数据计算中通过选择运用用MATLAB程序，简化了运算。
在本次课程设计中，通过对实验过程和实验数据的处理，加深了对第二类计算命题的步
骤的理解和应用。
自己不仅在理论水平上有所提高，更重要的是在实际工程应用方面自己也
有了很大的进步。
在绘制喷嘴剖面图的过程中，依照算出的数据画出了喷嘴的剖面图及管道
连接图，学会了绘图软件VISIO的使用，提高了自己的画图能力，而且对喷嘴的内部结构及
工作原理有了更好的认识。
为在将来的工作中能够使用所学的课程知识打下了基础，提高了
自己实际工作设计的能力。
最后，通过这次课程设计充实了自己，在加深了课本知识的同时，学会了VISIO绘图软件的使用方法，而且对MATLAB软件的运用也更加熟练。
[1]常太华，苏杰编,李国光<<热工测量及仪表课程设计指导书>>华北电力大学1999年6月
[2]吴永生,方可人<<热工测量及仪表>>.第二版中国电力出版社.1995年5月
D,,、流体性质及参数、查表得、、p,t20D1
已知条件
求出DDDt,，,[1（20）],；ttD20
计算RR、eeDDchmin
是否大于标准节ReDmin
流件雷诺数的下限否
停止
是
根据,,，选节流件形式y
由,,,p（1~4）,计算出maxy
pmax
由,p选差压变送器max
qmch,A,22,,Dp1tch4
,A1X,，,，,1,,iic,Xii,,11,,i
pch,fkcfR,（,）,,,（,,），iiiiedp1
AXC,,iiii
AA,,5i,，510A
否
是421,,c,,,,,,,p,,chchy421,，c,,
由工作温度t及所选喷嘴材料查表得,d
Dtd,20t，,1（20）,d
判断直管段粗糙度
得到LLLdD即有标准节流件012tt
4,,,,,,,,2211,qm222222221/2,cdD,P,[（），（），（）（），（）（），（），（）]44qC,DdP,4,4,,1,1,m
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