Расчет уровня жидкости в аппарате

Санкт-Петербургский Государственный технологический институт

(технический университет)

Кафедра систем автоматизированного проектирования и управления

Моделирование систем

Вариант № 23

Пояснительная записка к курсовому проекту

Тема: «Расчет уровня жидкости в аппарате».

Выполнила студентка гр. 833:

Сухинская В.А.

Руководитель:

Рукин В.Л.

– Санкт-Петербург –

– 2006 –

Содержание

Задание на курсовое проектирование ……………………………………………………… 3

Описание модели……………….……………………………………………………………. 4

Описание интерфейса модели……………………………………………………………….. 6

Пример работы модели………………………………………………………………………. 8

Выводы по работе.…………………………………………………………………………… 9

Задание на курсовое проектирование

Описание модели

Создание модели начнем с задания входных и выходных параметров (рис. 1).

Рисунок 1 – Входные и выходные параметры модели

Модель имеет три входа:

• H_0 – начальный уровень жидкости в аппарате, м;

• P1_n – давление на входе в аппарат, Па;

• Patm_n – атмосферное давление, Па.

и один выход

• P2_k – давление на выходе из аппарата, Па.

Для построения модели нам также необходимо задать параметры класса:

• S – площадь поперечного сечения аппарата, м**2;

• d_1 – диаметр входного сужающего устройства, м;

• d_2 – диаметр выходного сужающего устройства, м;

• ksi_1 – коэффициент местных сопротивлений на входе в аппарат;

• ksi_2 – коэффициент местных сопротивлений на выходе из аппарата;

• ro – плотность жидкости, кг/м**3;

• Hmax – максимальный уровень жидкости в аппарате, м.

внутренние переменные:

• V – объем жидкости в аппарате, м**3;

• h – текущий уровень жидкости в аппарате, м;

• P1 – текущее давление на входе в аппарат, Па;

• P2 – текущее давление на выходе из аппарата, Па;

• Patm – текущее атмосферное давление, Па;

• Q1 – расход жидкости через входное устройство, м**3/с;

• Q2 – расход жидкости через выходное устройство, м**3/с;

• t – время проведения процесса, с;

• k1 – коэффициент пропускной способности;

• k2 – коэффициент пропускной способности;

• d_2_t – текущий диаметр выходного отверстия, м;

• scale – переменная для регулировки скорости процесса.

и константы:

• g – ускорение свободного падения, м/с**2.

Следующим шагом является создание карты поведения, которое включает в себя создание узлов, переходов между этими узлами, задание условий переходов, а также локального поведения в узлах.

В нашем случае карта поведения имеет очень простую структуру и состоит всего из трех последовательно соединенных узлов. На рисунке 2 изображена карта поведения модели.

Рисунок 2 – Карта поведения модели.

Описание узлов:

• Узел init – это начальный узел, т.е. узел из которого происходит запуск модели, а также инициализация всех начальных параметров.

• Узел Работа_аппарата является основным узлом и имитирует процесс работы аппарата. В этом узле осуществляются все расчеты, связанные с определением уровня жидкости в аппарате в зависимости от входных воздействий и параметров аппарата. Локальное поведение в этом узле описывается следующей системой уравнений:

• Узел выход – узел, в котором завершается выполнение модели. Во входных действиях этого узла производится вывод на экран сообщения о переполнении аппарата и останов модели.

Описание переходов:

• Из узла init в узел Работа_аппарата – этот безусловный переход. Служит для перевода аппарата в рабочее состояние.

• Переход из узла Работа_аппарата в узел выход происходит при переполнении аппарата или при полном его опустошении, т.е. когда текущий уровень жидкости в аппарате превысит максимально допустимый или станет равным нулю (h<=0 or h>=Hmax). При этом будет выдано одно из следующих сообщений:

Рисунок 3 – Сообщение о превышении допустимого уровня жидкости

Рисунок 4 – Сообщение об опустошении аппарата

Описание интерфейса модели

Для обеспечения возможности управления моделью была создана следующая 2D – анимация (рис.5).

С помощью ползунков можно во время работы модели регулировать значение давления на входе в аппарат, атмосферного давления, а также диаметра выходного сужающего устройства.

Для численного отображения уровня жидкости в аппарате создадим временную диаграмму, на которую будет выводиться текущий уровень жидкости в аппарате и максимально допустимый. Пример временной диаграммы изображен на рисунке 6.

Рисунок 5 – Регулировка характеристик модели

Рисунок 6 – Пример временной диаграммы

Для графической иллюстрации работы аппарата добавлена трёхмерная анимация (рис.7).

Рисунок 7 – 3D анимация процесса

Пример работы модели

Данные эксперимента: