АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 История развития расходометрии 8
1.2 Современное состояние расходометрии 9
1.3 Выводы, основные задачи исследования 12
2. РАСХОДОМЕРЫ ПОСТОЯННОГО ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЯ 14
2.1 Поплавковый ротаметр 14
2.2 Модификация и типы ротаметров 16
2.3 Поплавки и трубки ротаметров 18
2.4 Поршневой расходомер 20
2.5 Анализ типовых погрешностей измерения 22
2.6 Стенд учебный СИУ-01 28
3 ОБЗОР ПО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ СИСТЕМАМ 35
3.1 CAD/CAM/CAE-системы 35
3.2 История развития мирового рынка CAD/CAM/CAE-систем 35
3.3 Общая международная классификация CAD/CAM/CAE-систем 37
3.4 Пакет ANSYS 38
3.5 Модернизация Ansys 40
3.6 Конечно-элементный анализ 41
3.7 Интерфейс SolidWorks Flow Simulation 43
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ SOLIDWORKS FLOW SIMULATION 47
4.1 Создание геометрической модели 47
4.2 Создание конечно-элементной модели 49
4.3 Идентификация параметров поплавка ротаметра 55
4.4 Оценка влияния вязкости, плотности и температуры на точность измерений
ротаметра 64
4.5 Чувствительности ротаметра по вязкости, плотности и температуре 69
4.6 Погрешности ротаметра при случайном изменении вязкости, плотности и
температуры 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 75
В настоящее время с развитием промышленности всё большее значение приобретают расходомеры жидкости и газа.
Они необходимы прежде всего для управления производством. Без расходомеров нельзя обеспечить оптимальный режим технологических процессов во всех отраслях. Эти приборы требуются также для автоматизации производства и достижения при этом максимальной его эффективности.
Так как изменение температуры воздуха существенно влияет на вязкость и плотность, то современные требования к расходомерам многоразнообразны. Одним из главных требований является необходимость измерения расхода не только в нормальных условиях, но и в экстремальных, например, при очень низкой температуре -55°С, такой как на южном полюсе и атмосферном давлении ниже нормы на 150 мм. рт. столба. Такие условия создают дополнительные трудности для обеспечения точного измерения расхода.
Расходомерами постоянного перепада давления называются приборы, чувствительный элемент которых воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием, причем величина перемещения зависит от расхода. У большинства расходомеров обтекаемое тело (поплавок, диск, поршень) пермещается прямолинейно, обычно вдоль своей вертикальной оси. Но имеется группа приборов, у которых обтекаемое тело (лопасть, диск) поворачивается вокруг оси подвеса.
Актуальность работы заключается в изучении параметров, влияющих на точность и чувствительность ротаметра. Данные метрологические характеристики расходомера позволят понять степень влияния физических параметров на формирование величины погрешностей, следовательно полученные результаты повысят уровень теоретических знаний и профессиональных навыков подготовки специалистов в этом направлении.
Целью работы является исследование влияния параметров конструкции и газа на точность измерения расхода на основе метода постоянного перепада давления.
В связи с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
1. Аналитический обзор литературы. Постановка задач исследования.
2. Анализ параметров ротаметра для измерения расхода жидкостей и газа. Типовые погрешности измерений.
3. Выбор системы имитационного моделирования для расчета течения газа в мерной части ротаметра.
4. Разработка численной модели и ее верификация на основе
экспериментальных данных.
5. Параметрическое исследование метрологических характеристик
ротаметра.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы был проведен аналитический обзор литературы, который показывает, что расходомеры постоянного перепада давления занимают существенную ниш у на мировом рынке расходомеров, обладая простотой конструкции, дешевизной и сравнительно высокой точностью измерения. Во второй главе были изучены различные конструкции ротаметров с поплавками различной конфигурации и показано что поплавки дисковой и тарельчатой формы менее всего чувствительны к изменению вязкости измеряемой среды. Для оценки влияния на метрологические характеристики параметров воздуха были рассмотрены различные численные среды моделирования. Выявлено что все они используют конечно-элементный метод расчета, обладая сравнительно одинаковыми возможностями, но существенно отличаются по интерфейсу пользователя. Поэтому в своей работе я использовала среду Solid Works со встроенной в нее системой Flow Simulation.
В результате численного анализа в среде Flow Simulation были получены следующие результаты:
1) Были идентифицированы неизвестные геометрические параметры поплавка и, в частности, RH = 0,00728 м, SH = 5,357-10-5 м2;
2) Были определены чувствительности ротаметра по вязкости, плотности и температуре которые составляют:
C 5Ц = -16,502 м/(Па ■ c) чувствительность по вязкости;
C 5Р = -1,306 м/(кг/м3) чувствительность по плотности;
C ST 1 =-0,01577 м/°С чувствительность по температуре;
C ST2 = 0,003154 м/°С чувствительность по температуре.
3) Погрешности измерений ротаметра при случайном изменений вязкости,
плотности и температуры, которые составляют:
XX1T =14,4567% максимальная погрешность по температуре на 10% от номинального значения;
XX2T = 2,2835% минимальная погрешность по температуре;
ХХц=1,5137% погрешность измерения по вязкости на 10% от номинального значения;
ХХр=7,66% погрешность измерения по плотности на 1% от номинального значения.
