标准节流装置计算

1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CENTRALSOUTH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1一、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：maxmq=500t/h；mcomq=400t/h；minmq=200t/h③工作压力：p1=14.6Mpa（绝对）④工作温度：t1=220℃⑤20℃时的管道内径：D20=233mm⑥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mq或vq。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maxp，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p。④已知节流装置型式，直径比β，压值p，流量mq或vq，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maxmq（或maxvq）；常用mcomq（或vcomq）（可取0.8maxmq）；最小minmq。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λD⑦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maxmq（或maxvq）确定流量标尺上限值mq（或vq）。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maxp，若流体为气体应检查是否符合标准1pp≤0.25的要求。⑧求comp，一般comp=0.64maxp。⑨确定差压计（或差压变送器）的类型。2.2.3计算①根据mcomq、D、ρ1、comp求A212224commcompDqA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1nn0.0001为止。④求d值，d=Dn。⑤验算流量124'241commcompdCq流量值偏差100'mcommcommcommqqqq%若mq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)20(120tddd⑦确定d20加工公差，Δd20=±0.0005d20⑧求压力损失Δω⑨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=𝐶𝜀√1−𝛽4𝜋4𝑑2√2𝜌1∆𝑝（2-1）𝑞𝑣=𝐶𝜀√1−𝛽4𝜋4𝑑2√2∆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，Pa2.3.2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+𝜆𝑑(𝑡−20)]（2-5）𝐷=𝐷20[1+𝜆𝐷(𝑡−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−1)(1−𝛽41−𝛽4𝜏2/𝑘)(1−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=𝐶𝜀√1−𝛽4𝜋4𝛽2𝐷2√2𝜌1∆𝑝（2-9）𝑞𝑣=𝐶𝜀√1−𝛽4𝜋4𝛽2𝐷2√2∆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𝐶𝜀√1−𝛽4=4𝑞𝑚𝜋𝐷2√2𝜌1∆𝑝=𝐴2（2-11）𝐶𝜀𝛽2√1−𝛽4=4𝑞𝑚𝜋𝐷2√2∆𝑝𝜌1=𝐴2（2-12）𝐴2为已知量组合的不变量。由式（2-13）可求得𝛽𝛽=[1+(𝐶𝜀𝐴2)2]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+0.06)2]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−1𝐸（一般）𝐸=0.0001,则迭代可停止，通常进行2-3次迭代即可。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/𝑠𝑞𝑚𝑐𝑜𝑚=111.11𝑘𝑔/𝑠𝑞𝑚𝑚𝑖𝑛=55.56𝑘𝑔/𝑠（2）工作状态下管道内径D𝐷=𝐷20[1+𝜆𝐷(𝑡−20)]=233[1+12.78×10−6×(220−20)]𝑚𝑚=233.60mm（3）工作状态下水的密度𝜌1、粘度μ𝜌1=840.22𝑘𝑔/𝑚3μ=1.24905×10−4𝑃𝑎∙𝑠（4）计算𝑅𝑒𝐷𝑐𝑜𝑚𝑅𝑒𝐷𝑐𝑜𝑚=4𝑞𝑚𝑚𝑎𝑥𝜋𝜇𝐷=4×111.113.14×1.24905×10−4×0.2336=4847308≥5000（且≥170𝛽2𝐷）（5）管道粗糙度𝑅𝑎0.01𝑅0.03𝑅𝑎≤10−4𝑑管道粗糙度符合要求（6）确定差压上限值∆𝑝=(4𝑞𝑚√1−𝛽2𝜋𝛽2𝐷2𝐶)212𝜌1设𝛽=0.5，𝐶=0.6，代入∆𝑝𝑚𝑎𝑥=(4×138.89√1−0.54𝜋×0.52×0.23362×0.6)2×1840.22=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=134.4𝐾𝑃𝑎3.2计算（1）求𝐴2𝐴2=4𝑞𝑚𝑐𝑜𝑚𝜋𝐷2√2𝜌1∆𝑝com=4×111.11𝜋×0.23362×√2×840.22×1.335×105=0.1726（2）迭代计算取𝛽𝑜=0.5𝐶𝑜=0.5961+0.0261𝛽02−0.216𝛽08+0.000521(106𝛽0𝑅𝑒𝐷)0.7+[0.0188+0.0063(19000𝛽0𝑅𝑒𝐷)0.8]𝛽03.5(106𝑅𝑒𝐷)0.3+(0.043+0.080𝑒−10𝐿1−0.123𝑒−7𝐿1)×(1−0.11𝐴)𝛽04/(1−𝛽04)−0.031(𝑀2′−𝑀2′1.1)𝛽01.3+0.011(0.75−𝛽0)(2.8−𝐷/25.4)将𝛽𝑜=0.5，𝑅𝑒𝐷𝑐𝑜𝑚=4847308代入𝐶𝑜=0.602628𝛽1=[1+(𝐶𝑜𝐴2+0.06)2]−14=0.5247298（3）求𝛽2，计算𝐶1𝐶1=0.5961+0.0261𝛽12−0.216𝛽18+0.000521(106𝛽1𝑅𝑒𝐷)0.7+[0.0188+0.0063(19000𝛽1𝑅𝑒𝐷)0.8]𝛽13.5(106𝑅𝑒𝐷)0.3+(0.043+0.080𝑒−10𝐿1−0.123𝑒−7𝐿1)×(1−0.11𝐴)𝛽14/(1−𝛽14)−0.031(𝑀2′−𝑀2′1.1)𝛽11.3+0.011(0.75−𝛽1)(2.8−𝐷/25.4)将𝛽1=0.5247298，𝑅𝑒𝐷𝑐𝑜𝑚=4847308代入𝐶1=0.603000𝛽2=[1+(𝐶1𝐴2+0.06)2]−14=0.5245802（4）求𝛽3，计算𝐶2𝐶2=0.5961+0.0261𝛽22−0.216𝛽28+0.000521(106𝛽2𝑅𝑒𝐷)0.7+[0.0188+0.0063(19000𝛽2𝑅𝑒𝐷)0.8]𝛽23.5(106𝑅𝑒𝐷)0.3+(0.043+0.080𝑒−10𝐿1−0.123𝑒−7𝐿1)×(1−0.11𝐴)𝛽24/(1−𝛽24)−0.031(𝑀2′−𝑀2′1.1)𝛽21.3+0.011(0.75−𝛽2)(2.8−𝐷/25.4)将𝛽2=0.5245802，𝑅𝑒𝐷𝑐𝑜𝑚=4847308代入𝐶2=0.602998𝛽3=[1+(𝐶2𝐴2+0.06)2]−14=0.5245809𝛽3−𝛽2=0.00000070.00001，迭代停止（5）求d值d=D×𝛽=122.54𝑚𝑚（6）验算流量𝑞𝑚𝑐𝑜𝑚′=𝐶√1−𝛽4𝜋4𝑑2√2∆𝑝×𝜌1=0.603√1−0.524584×𝜋4×0.122542×√2×13440