 |
Расчет коэффициента истечения
|
|
|
|
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ПО КУРСУ «ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ»
Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 220200 «Автоматизация и управление»
Астрахань, 2010
Составители:
Кокуев А. Г. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация технологических процессов»
Рецензент: Прохватилова Л.И.. – к.т.н. доц. кафедры «Автоматизация технологических процессов»
Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Технические измерения и приборы»: Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Технические измерения и приборы» для студентов специальностей 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 220200 «Автоматизация и управление»/ АГТУ; Сост.: А. Г. Кокуев.- Астрахань, 2010.-23 с.
Указания содержат сведения, необходимые для оформления курсового проекта по дисциплине «Технические измерения и приборы».
Предназначены для студентов, обучающихся на 3 курсе по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств».
Методические указания утверждены на заседании методического Совета факультета
«18» марта 2010 г, протокол №3.
Содержание
1. Краткие теоретические сведения. 4
2. Метод определения расхода. 5
2.1 Принцип метода. 5
2.2 Расчет коэффициента истечения. 6
2.3 Порядок определения массового расхода. 7
2.4 Определение физических свойств контролируемой среды.. 8
3. Особенности монтажа. 8
3.1 Особенности монтажа для газов. 9
3.2 Особенности монтажа для водяного пара. 10
|
|
|
4. Состав курсового проекта. 13
4.1 Задание на курсовое проектирование. 13
4.2 Содержание и объем расчетно-пояснительной записки. 14
4.3 Введение. 14
4.4 Основные разделы.. 14
4.5 Выводы и заключения. 15
5. Оформление пояснительной записки. 15
5.1 Общие положения. 15
5.2 Правила оформления текстовых документов. 16
5.3 Общие требования. 16
5.4 Построение текстовых документов. 16
5.5 Оформление таблиц. 17
5.6 Оформление формул. 18
5.7 Оформление иллюстраций. 18
5.8 Оформление приложения. 19
5.9 Оформление содержания (оглавления) 19
5.10 Список литературы.. 20
ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 22
Краткие теоретические сведения
Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.
В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления; дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад и соединительные трубки между преобразователем и дифманометром. При необходимости передать показания расходомера на значительное расстояние к указанным трем элементам добавляются еще вторичный преобразователь, преобразующий перемещение подвижного элемента дифманометра в электрический и пневматический сигнал, который по линии связи (проводам или трубкам) передается к вторичному измерительному прибору. Если первичный дифманометр (или вторичный измерительный прибор) имеет интегратор, то такой прибор измеряет не только расход, но и количество прошедшего вещества.
Рис.1 Схема течения несжимаемой жидкости через диафрагму
Метод определения расхода
Принцип метода
Расход среды определяют методом переменного перепада давления. Принцип метода состоит в том, что в ИТ, по которому протекает среда, устанавливают СУ, создающее местное сужение потока. Вследствие перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего - статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода.
|
|
|
Из закона сохранения энергии для стационарного потока следует
Использование в решении этого уравнения условия неразрывности потока несжимаемой среды
приводит к теоретическому уравнению расхода несжимаемой среды
где uD - скорость течения потока в ИТ;
ud - скорость течения потока в отверстии СУ;
p 1 - давление на входе в СУ;
p 2 - давление на выходе из СУ;
r - плотность несжимаемой жидкости;
Е - коэффициент скорости входа
(1)
- перепад давления на СУ.
Действительный массовый расход получается меньше рассчитанного по теоретическому уравнению расхода, что корректируется коэффициентом истечения С и дополнительно коэффициентом расширения e для сжимаемых сред. Тогда уравнение расхода принимает вид
(2)
Значения С и e определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на гидравлически гладких трубопроводах при равномерном распределении скоростей потока по сечению трубопровода и развитом турбулентном режиме течения этого потока. При исследованиях применяли диафрагмы с острой входной кромкой.
Наличие местных гидравлических сопротивлений (трубопроводной арматуры, отводов и т.д.) и применение шероховатых трубопроводов приводит к искажению распределения скорости по их сечению.
Для выравнивания распределения скоростей по сечению ИТ, неравномерность которого обусловлена наличием местных сопротивлений, применяют прямые участки трубопроводов определенной длины. Влияние шероховатости невозможно исключить подобным конструктивным путем. Поэтому влияние шероховатости ИТ на значение коэффициента истечения корректируют с помощью поправочного коэффициента на шероховатость внутренней поверхности ИТ K ш.
Влияние на коэффициент истечения притупления входной кромки отверстия диафрагмы, обусловленного ее износом, корректируют с помощью поправочного коэффициента на притупление входной кромки отверстия диафрагмы K п.
|
|
|
Таким образом, уравнение массового расхода в общем случае примет вид
(3)
где
a = ЕС.
Международный стандарт не рассматривает случаи влияния на коэффициент истечения шероховатости внутренней поверхности ИТ и степени притупления входной кромки диафрагмы.
Введение коэффициентов, учитывающих влияние шероховатости внутренней поверхности ИТ и степени притупления входной кромки диафрагмы, расширяет область применения СУ.
Значение объемного расхода, приведенного к стандартным условиям, может быть определено из уравнения
q с = qт / r. (4)
Значение объемного расхода в рабочих условиях может быть определено из уравнения
q 0 = q m / r (5)
Расчет коэффициента истечения
В общем случае коэффициент истечения представляют уравнением
где С Re, В и п - параметры, зависящие от типа СУ, причем
C Rе = В/С ~ -
Поправочный коэффициент на число Рейнольдса представляет собой уравнение
(6)
тогда
С=С- К Re. (7)
Коэффициенты С, В и С Re зависят только от параметров СУ.
Из уравнений (2), (3) и (6) видно, что С и K Rе зависят от числа Рейнольдса, число Рейнольдса зависит от значения расхода, а значение расхода, в свою очередь, зависит от С и К Re.
Решение уравнений расхода для СУ, значение коэффициента истечения которых зависит от числа Рейнольдса, может быть найдено методом последовательных приближений.
Алгоритм определения расхода можно упростить без изменения погрешности определения С, если уравнение (6) представить в виде
(8)
где Re~ - число Рейнольдса, найденное для расхода, определенного при С = С ~;
а и b - постоянные коэффициенты, зависящие от типа СУ.
Значения коэффициентов a и b получают из уравнения
(9)
Уравнение (9) - результат линейной аппроксимации 
от К Re для СУ каждого типа.
В связи с тем, что изменение значения К Re лежит в небольших пределах (менее ±4 %), а значения К Re и п близки к единице, аппроксимация является достаточно точной и не влияет на погрешность определения коэффициента истечения.
|
|
|
