WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |
Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет В.М. Миронов, В.М. Беляев ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Учебное пособие для студентов очного и заочного обучения по специальности 170500 – «Машины и аппараты химических производств» Томск 2001 УДК 66011:681.8(075.8) ББК 35.514 К 78 Основы автоматизированного проектирования химических производств.

Учеб. пособие для студентов очного и заочного обучения по специальности 170500 – «Машины и аппараты химических производств» /В.М. Миронов, В.М. Беляев –Томск: Изд-во ТПУ, 2001. –169 с.

В.М. Миронов, В.М. Беляев В предлагаемом учебном пособии описаны основные разделы, включенные в рабочую программу по курсу «Основы автоматизированного проектирования». Приведен порядок выполнения проектного задания, рассмотрены основные методы математического моделирования химических процессов, отдельные операторы, относящиеся непосредственно к языку QuickBASIC, основные численные методы решения задач, основы статистического оценивания результатов измерения и получения эмпирических формул. Кратко описаны основные функции и способы применения языка AutoLISP. В Приложении приведен библиотечный модуль, разработанный на кафедре ОХТ ТПУ М.В. Беляевым.

Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета Томского политехнического университета.

Рецензенты:

Кравцов А.В. – зав.кафедрой химической технологии топлива Томского политехнического университета, профессор, д.т.н.

Пищулин В.П. – зав.кафедрой «Машины и аппараты химических производств» Северского государственного технологического института, профессор Темплан 2001 © Томский политехнический университет, 2001 2 1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ 1.1. Порядок разработки конструкторской документации В химическом машиностроении процесс проектирования начинается с теоретических и экспериментальных исследований химико-технологических основ разрабатываемого производства и заканчивается пуском в эксплуатацию сооруженного объекта.

Разработка проекта как комплекса технической документации, необходимого для сооружения нового объекта или реконструкции старого, действующего производства, включает в себя три стадии:

- эскизный проект (предпроектную разработку);

- технический проект;

- рабочий проект.

Разработке эскизного проекта предшествует разработка технического задания (ТЗ) и технического предложения с присвоением документации литеры "П".

План разработки ТЗ:

1. Подготовительная стадия.

1.1. Составление задания на научно-исследовательскую разработку (НИР).

1.2. Сбор информации по теме исследования.

1.3. Технико-экономическое обоснование (ТЭО).

2. Теоретическая разработка.

2.1. Изучение и анализ существующих процессов.

2.2. Разработка методик исследования.

2.3. Теоретические разработки.

2.4. Выбор вариантов исследования и проведение расчетов.

3. Макетирование и экспериментирование.

3.1. Конструирование и изготовление макетов.

3.2. Проведение экспериментов на макетах.

4. Заключительная стадия.

4.1. Обобщение результатов.

4.2. Оформление конструкторской и технологической документации.

4.3. Оформление ТЗ на опытно-конструкторскую разработку (ОКР).

4.4. Оформление отчета.

Работа над эскизным проектом – это:

1. Разработка эскизного проекта с присвоением документации литеры "Э".

1.1. Изучение и обобщение собранных материалов.

1.2. Выявление возможных вариантов разработки и их эффективности.

1.3. Уточнение исходных данных на основе выбранного варианта разработки.

1.4. Разработка блок-схемы и габаритных чертежей.

1.5. Составление принципиальных схем.

2. Проектирование, изготовление и лабораторные испытания макета изделия.

2.1. Оптимизация параметров принципиальной схемы.

2.2. Разработка конструкции макета.

2.3. Изготовление макета.

2.4. Настройка макета и его лабораторные испытания.

2.5. Составление пояснительной записки (ПЗ) к эскизному проекту. Составление технического задания (ТЗ) на техническое проектирование.

2.6. Оформление и защита эскизного проекта.

2.7. Внесение изменений в эскизный проект по результатам защиты.

План работы над техническим проектом:

1. Разработка технического проекта с присвоением документам литеры "Т".

1.1. Составление ТЗ на техническое проектирование.

1.2. Уточнение принципиальной схемы изделия.

1.3. Выбор конструкции и расчет ее элементов.

1.4. Экспериментальная проверка основных узлов.

2. Изготовление и испытание макетов.

2.1. Конструирование и изготовление технологического образца.

2.2. Разработка конструкции основных узлов с учетом данных испытания технологического образца.

2.3. Патентная проработка.

2.4. Оформление и защита технического проекта.

2.5. Внесение изменений в ТП по результатам защиты.

План рабочего проекта:

1. Разработка конструкторских документов, предназначенных для изготовления и испытания опытного образца или опытной партии изделий.

1.1. Составление ТЗ на рабочее проектирование.

1.2. Разработка схем и рабочих чертежей, уточнение предварительных заявок на материалы и комплектующие изделия.

1.3. Составление эксплуатационно-технической документации, оформление патентных формуляров.

1.4. Техническая подготовка производства.

2. Изготовление и заводские испытания опытного образца.



2.1. Изготовление и настройка опытного образца.

2.2. Заводские испытания опытного образца на соответствие ТЗ и ТУ.

3. Корректировка конструкторской документации по результатам заводских испытаний.

3.1. Корректировка рабочих чертежей.

3.2. Доработка текстовой документации.

4. Оформление всего комплекта документов.

1.2. Виды конструкторских документов Конструкторские документы делятся на графические и текстовые. К графическим относятся:

- чертеж детали (без шифра) – это документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля;

- сборочный чертеж (шифр СБ) – содержит изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля;

- чертеж общего вида (шифр ВО) – определяет конструкцию изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия;

- теоретический чертеж (шифр ТЧ) – определяет геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей;

- габаритный чертеж (шифр ГЧ) – определяет контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

- монтажный чертеж (шифр МЧ) – содержит контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки на месте применения;

- схемы (без шифра) – это документы, на которых показаны в виде условных обозначений или изображений составные части изделия и связи между ними (технологическая, электрическая, гидравлическая, пневматическая, кинематическая и т.д.).

Основными текстовыми документами являются:

- спецификация (без шифра), которая определяет состав сборочной единицы, комплекта, или комплекса;

- пояснительная записка (шифр ПЗ), которая содержит описание устройства и принципы действия изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и технологических решений;

- расчеты (шифр РР), котоые содержат расчеты параметров и величин, например расчеты на прочность.

2. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В традиционных методах проектный этап строится прежде всего на основе максимальной рационализации проектирования путем использования типовых решений, а также повторного применения наиболее прогрессивных индивидуальных проектов.

Новые методы и средства проектирования широко используют математическое моделирование, современные математические методы и ЭВМ для всевозможных расчетов, анализа и выполнения графических документов.

Автоматизация проектирования дает переход от отдельных расчетов к созданию систем автоматизированного проектирования (САПР), в которых взаимосвязаны стадии проектирования, конструирования и технологической подготовки производства.

2.1. Математическое моделирование Математическая модель – это система алгебраических и дифференциальных уравнений с начальными или граничными условиями, при наличии ограничений, которая описывает то или иное явление. Для получения математической модели возможны два подхода: формальный и концептуальный.

В обоих случаях для получения модели необходимо использовать физические принципы и упрощающие допущения.

При формальном подходе к построению математической модели берутся общие, полученные ранее для аналогичного случая, уравнения, упрощаются и используются для решения задачи.

Например, уравнение сохранения энергии (второй закон Фурье) для движущейся системы координат имеет вид DT Cp = 2T + Dv.

Dt Если вязкость и скорость жидкости достаточно малы, то диссипативный член можно приравнять нулю, т.е. Dv = 0. При стационарном процессе DT субстанциональная производная =. Полагая коэффициент теплопроDt водности постоянным, не зависящим от температуры, т.е. =const, получим:

2T = 0, или 2 2 T T T + + = 0.

2 2 x y z Для одномерного случая d T = 0.

dxПри концептуальном подходе необходимо отталкиваться от наиболее общих физических принципов, вводя упрощения предварительно.

Например, получить уравнение второго закона Фурье для одномерного случая в неподвижной среде. Плотность теплового потока слева от стенки (рис.2.1) будет равна dT qx = -, dx а справа от стенки соответственно dT d dT.

Рис. 2.qx + dx = - + - dx dx dx Применяя первый закон термодинамики (закон сохранения энергии), получим 2 d T d T qx - qx + dx = 0; - = 0; = 0.

2 dx dx Таким образом, и в том, и в другом случае получены одинаковые уравнения. Вопрос о том, какой из рассмотренных подходов к составлению математической модели лучше, остается открытым.

Для получения математической модели при изучении движения сплошной среды могут использоваться переменные Лагранжа или Эйлера. Переменные Эйлера представляют собой координаты точек пространства (x1,x2,x3) и времени t, с помощью которых задаются функции интересующих величин.

Переменными Лагранжа являются координаты индивидуальных точек сплошной среды (1,2,3 ), с помощью которых можно описать закон движения как функции координат точек (x1,x2,x3) в любой момент времени t, т.е.

xi.=f(1,2,3,t). Но и в том, и в другом случае после решения получаются также одинаковые результаты.

ПРИМЕР 2.1. Закон сохранения массы. Для переменных Лагранжа:

dM M = const; dM = 0; = 0;

dV = 0.

dt V где M – масса вещества;

t – время;

V – объем;

-плотность.

Для переменных Эйлера разность масс вещества на входе (Мвх) и на выходе из элемента (Мвых) равна ее накоплению в этом элементе (Мнак):

Mвх - Mвых = Mнак;





dMвх dMвых dMнак - = ;

dt dt dt (Vn)dA = dV, t A V где A – контрольная поверхность, через которую проходит поток вещества;

n – нормаль к контрольной поверхности.

При составлении материальных и энергетических балансов следует различать некоторые основные понятия: количество, поток и плотность потока.

Количество – это экстенсивная величина, характеризующая массу и объем вещества (кг, м3 и т.д.), или количество энергии (Дж).

Поток – это интенсивная величина, характеризующая количество вещества или энергии в единицу времени (кг/с, м3/с, Вт).

Плотность потока – это величина, характеризующая поток вещества или энергии через единицу поверхности (кг/м2/c, Вт/м2).

2.2. Проверки На любом этапе расчетов следует проводить проверки вычислений, поскольку, как говорят, бумага стоит дешево, а ошибки обходятся дорого. Возможны три вида проверок:

- проверка результатов арифметических и алгебраических расчетов, включающая повторение последовательности операций, обращение последовательности операций, применение другого способа получения результата (например, решение системы линейных уравнений двумя различными способами);

- проверка операций высшей математики. К ней также относятся повторение последовательности операций, применение другого способа получения результата и подстановка результата в исходное выражение;

- проверка результатов, исходя из физического смысла математической модели. Здесь необходимо произвести проверку соответствия результатов имеющимся данным, проверку размерности левой и правой частей уравнений, проверку пределов, проверку знаков полученных результатов, проверку порядка полученной величины.

2.3. Вычисления При численном решении задач одной из важнейших характеристик является погрешность результата. Она складывается из трех составных частей.

1. Неустранимая погрешность решения, обусловленная неточностью исходных данных.

2. Погрешность метода решения задачи.

3. Вычислительная погрешность, являющаяся результатом округлений в процессе счета.

Ошибки исходных данных возникают в результате неточности измерений (инструментальные ошибки) или из-за невозможности представить необходимую величину конечной дробью (ошибки округления). При получении исходных данных используют не точные числа, а некоторые области, в которых они помещаются. Эти области называются областями неопределенности.

Результат расчета тоже помещается в некоторую область неопределенности, даже если все вычисления производились точно и без округлений. Соответствующая погрешность называется неустранимой.

Всякое физическое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. Если указано, что величина напряжения составляет 222,вольт, то можно с уверенностью говорить, что несколько младших цифр не достоверны, т.к. невозможно измерить напряжение с такой точностью. Если же экспериментальный результат содержит небольшое число значащих цифр, то также можно говорить о том, что его величина дана с некоторой ошибкой.

Например, если при измерении простым секундомером времени в 23,3 с подразумевается, что существуют некоторые границы, внутри которых находится эта величина, т.е. 23,3±0,1 с. В том случае, если не указаны возможные границы результата, то он имеет точность, не превосходящую половины единицы младшего разряда, например 7,63±0,005.

Погрешности метода решения задач возникают практически всегда при использовании численных методов. Многие математические задачи могут быть решены только приближенно, хотя и возможно со сколь угодно большой точностью, т.к. любой численный метод предполагает использование конечного числа операций.

При вычислениях на компьютере или калькуляторе всегда существуют погрешности округления, даже если все другие виды погрешностей отсутствуют.

Любое вещественное число можно записать следующим образом:

x = m10p, где m <1 – мантисса числа;

р – целое число (порядок числа).

Запись числа х называется нормализованной, если 0,1< m <1.

Запись чисел с одинарной точностью (четыре байта) соответствует для компьютеров IBM PC примерно семи цифрам в десятичном представлении мантиссы (0,123456), а записи чисел с двойной точностью (восемь байт) соответствуют 14 цифрам в мантиссе (0,1234567891234). Порядок р изменяется в пределах от –37 до +37 для чисел одинарной точности и от –63 до +63 для чисел двойной точности.

Для того чтобы уменьшить погрешность вычисления, существуют некоторые рекомендации:

- при сложении-вычитании длинной последовательности чисел следует работать сначала с наименьшими числами;

- следует избегать вычитания двух почти равных чисел, по возможности преобразуя формулы;

- при наличии n2 положительных чисел приблизительно одинаковой величины общая ошибка суммы уменьшается, если сначала сложить группы по n чисел, а затем сложить n частных сумм;

- в любом случае рекомендуется сводить к минимуму число необходимых арифметических операций.

Погрешности необходимо учитывать в процессе получения математической модели. Все их можно представить как абсолютные или относительные.

Абсолютная погрешность – это абсолютная разность между измеренной или вычисленной величиной и ее точным значением:

x = a - x, где a - истинное значение величины;

x – измеренное, или вычисленное ее значение.

Относительная погрешность – это отношение абсолютной погрешности к истинному значению величины:

x =.

a Относительная погрешность связана еще с определением числа значащих цифр в каком-либо значении.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 17 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.