第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)

第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)2024/3/11第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)流體輸送模型的分類泵 Pump壓縮機(jī) Compr多級(jí)壓縮機(jī) MCompr閥門 Valve管道 Pipe管線 Pipeline在ASPENPlus中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器(PressureChangers)類別，共六種模型：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)流體輸送模型的分類（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump泵模型1、泵（Pump)2、水輪機(jī)（HydraulicTurbine)Pump模型用于模擬泵和水輪機(jī)兩種單元設(shè)備第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump泵模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——連接Pump模型的連接圖如下：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——模型參數(shù)

Pump

模型有五種工作方式：指定模型參數(shù)

計(jì)算結(jié)果參數(shù)排出壓力 所需（產(chǎn)）功率壓力增量 所需（產(chǎn)）功率壓力比率 所需（產(chǎn)）功率所需（產(chǎn)）功率 排出壓力特性曲線 所需（產(chǎn)）功率第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——模型參數(shù)（2）

最簡(jiǎn)單的用法是指定出口壓力(Dischargepressure)，并給定泵的水力學(xué)效率(PumpEfficiency)和驅(qū)動(dòng)機(jī)效率(DriverEfficiency)，計(jì)算得到出口流體狀態(tài)和所需的軸功率和驅(qū)動(dòng)機(jī)電功率。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——模型參數(shù)（3）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線

標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法是使用泵特性曲線(Performancecurve)。特性曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù) TabularData多項(xiàng)式 Polynomials用戶子程序 UserSubroutines列表數(shù)據(jù)是最常用的輸入方式。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（3）首先選擇特性曲線的單位：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（4）然后選擇特性曲線的數(shù)目，有三個(gè)選項(xiàng)：1、操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecueveatoperatingspeed；2、參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecurve

atreferencespeed；3、不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線

Mutiplecurvesatdifferentspeeds.第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（5）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（6）在CurveData表單中輸入具體數(shù)據(jù)：1、特性曲線變量的單位

Unitsofcurvevariables；2、每根曲線特性數(shù)據(jù)表如Headvs.flowtables；3、每根曲線的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速

Curvespeeds；第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（7）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（8）在Efficiencies表單輸入效率數(shù)據(jù)：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——特性曲線（9）當(dāng)泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同時(shí)，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump—

Q~NPSHR表設(shè)計(jì)泵的安裝位置時(shí)，應(yīng)核算“必需汽蝕余量”

NPSHRNetPositiveSuctionHeadRequired其中：Hs

為允許吸上真空度第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump—

Q~NPSHR表（2）在NPSHR表單中輸入NPSHR數(shù)據(jù)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——NPSHA根據(jù)安裝和流動(dòng)情況可以算出泵進(jìn)口處的“有效汽蝕余量”NPSHANetPositiveSuctionHeadAvailable在實(shí)際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pump對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump—

示例1一水泵將壓強(qiáng)為1.5bar

的水加壓到6bar，水的溫度為25

C，流量為100m3/h。泵的效率為0.68，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率為0.95。求：泵提供給流體的功率、泵所需要的軸功率、以及電機(jī)消耗的電功率各是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pump—

示例2一離心泵輸送流量為100m3/hr

的水，水的壓強(qiáng)為1.5bar，溫度為25

C。泵的特性曲線如下：流量（m3/hr）70.090.0109.0120.0揚(yáng)程（m）59.054.247.843.0效率（%）64.569.069.066.0求：泵的出口壓力、提供給流體的功率、泵所需要的軸功率各是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr壓縮機(jī)模型多變離心壓縮機(jī)（PolytropicCentrifugalCompressor)多變正排量壓縮機(jī)（PolytropicPositiveDisplacementCompressor)等熵壓縮機(jī)（IsentropicCompressor)等熵汽輪機(jī)（IsentropicTurbine)Compr模型用于模擬四種單元設(shè)備第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr壓縮機(jī)模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——連接Compr模型的連接圖如下：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——計(jì)算模型Compr

模塊提供八種計(jì)算模型：標(biāo)準(zhǔn)等熵模型IsentropicASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多變模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多變模型PolytropicusingGPSAmethod分片積分多變模型Polytropicusingpiecewiseintegration正排量模型Positivedisplacement分片積分正排量模型Positivedisplacementusingpiecewiseintegration第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——計(jì)算模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——模型參數(shù)

Compr

模型有五種工作方式：指定模型參數(shù)

計(jì)算結(jié)果參數(shù)排出壓力 所需（產(chǎn)）功率壓力增量 所需（產(chǎn)）功率壓力比率 所需（產(chǎn)）功率制動(dòng)馬力 排出壓力特性曲線 所需（產(chǎn)）功率第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——模型參數(shù)(2)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)1、等熵效率 IsentropicEfficiency對(duì)于壓縮機(jī)

對(duì)于汽輪機(jī)Compr——效率（1）

Compr

模型有三種效率：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——效率（2）2、多變效率 PolytropicEfficiency第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)3、機(jī)械效率 MechanicalEfficiency壓縮機(jī)汽輪機(jī)Compr——效率（3）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——效率（4）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——特性曲線壓縮機(jī)也用特性曲線表征其工作性能。特性曲線有四種輸入方式：列表數(shù)據(jù) TabularData多項(xiàng)式 Polynomials擴(kuò)展多項(xiàng)式

ExtendedPolynomials用戶子程序 UserSubroutines列表數(shù)據(jù)是常用的輸入方式。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——特性曲線（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Compr對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——示例1一壓縮機(jī)將壓強(qiáng)為1.1bar

的空氣加壓到3.3bar，空氣的溫度為25

C，流量為1000m3/h。壓縮機(jī)的多變效率為0.71，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率為0.97。求：壓縮機(jī)所需要的軸功率、驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率以及空氣的出口溫度和體積流量各是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Compr——示例2一汽輪機(jī)用壓強(qiáng)為35bar、溫度為435

C的過(guò)熱水蒸汽為工作介質(zhì)，汽輪機(jī)的背壓為10bar，蒸汽的流量為10000kg/h。汽輪機(jī)的等熵效率為0.8，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率為0.98。求：汽輪機(jī)所提供的機(jī)械功率以及蒸汽的出口溫度和體積流量各是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr多級(jí)壓縮機(jī)模型多級(jí)多變壓縮機(jī)

（Multi-stage

PolytropicCompressor)多級(jí)多變正排量壓縮機(jī)（Multi-stage

PolytropicPositiveDisplacementCompressor)多級(jí)等熵壓縮機(jī)（Multi-stage

IsentropicCompressor)多級(jí)等熵渦輪機(jī)（Multi-stage

IsentropicTurbine)MCompr

模型用于模擬四種單元設(shè)備第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr多級(jí)壓縮機(jī)模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——連接(1)MCompr模型的外部連接圖如下：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——連接(2)MCompr模型的內(nèi)部連接圖如下：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——模型參數(shù)

MCompr的模型參數(shù)有級(jí)數(shù)(Numberofstages)

指定壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)。壓縮機(jī)模型(Compressormodel)

有六種計(jì)算模型供選用。設(shè)定方式(Specificationtype)

指定壓縮機(jī)的工作方式。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——模型參數(shù)（2）設(shè)定方式與Compr模塊有所不同：指定末級(jí)排出壓力

(Fixdischargepressurefromlaststage)指定每級(jí)排出條件

(Fixdischargeconditionsfromeachstage)用特性曲線確定排出條件

(Useperformancecurvestodeterminedischargeconditions)

第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——模型參數(shù)（3）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——特性曲線(1)多級(jí)壓縮機(jī)特性曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù) TabularData多項(xiàng)式 Polynomials用戶子程序 UserSubroutines第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)MCompr——特性曲線(2)可以提供多張?zhí)匦郧€表(Maps)，每張表又可以有多條特性曲線。多級(jí)壓縮機(jī)的每一級(jí)可以有多個(gè)葉輪(wheels)，可以為每個(gè)葉輪選用不同的特性曲線表、葉輪直徑和比例因子(scalingfactors)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——閥門模型閥門模型用來(lái)調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時(shí)的壓降。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——連接第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——計(jì)算類型閥門模型有三種應(yīng)用方式（計(jì)算類型）絕熱閃蒸到指定出口壓力

Adiabaticflashforspecifiedoutletpressure2.

對(duì)指定出口壓力計(jì)算閥門流量系數(shù)

Calculatevalveflowcoefficientforspecifiedoutletpressure3.

對(duì)指定閥門計(jì)算出口壓力(核算方式)Calculateoutletpressureforspecifiedvalve第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——計(jì)算類型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——閥門參數(shù)閥門類型(Valvetype)：截止閥(Global)、球閥(Ball)、蝶閥(Butterfly)廠家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列/規(guī)格(Series/Style):線性流量(linearflow)、等百分比流量(equalpercentflow)尺寸(Size)：公稱直徑運(yùn)用核算方式時(shí)，需輸入以下參數(shù)：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——閥門參數(shù)（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——閥門參數(shù)（3）以及閥門開度(Opening)：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——計(jì)算選項(xiàng)檢查阻塞流動(dòng)Checkforchokedflow計(jì)算空泡系數(shù)Calculatecavitationindex設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力

Minimumoutletpressure:Setequaltochokedoutletpressure計(jì)算閥門小開度狀態(tài)時(shí)計(jì)算選項(xiàng)的設(shè)置很重要第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——計(jì)算選項(xiàng)（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Valve——示例1

水的溫度為30

C，壓強(qiáng)為6bar，流量為150m3/h，流經(jīng)一公稱通徑為8英寸的截止閥。閥門的規(guī)格為V500系列的線性流量閥，閥門的開度為20%。求：閥門出口的水壓強(qiáng)是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——管段模型管段模型計(jì)算等直徑、等坡度的一段管道的壓降和傳熱量。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——管段模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)管道參數(shù)表單：

Pipeparameters長(zhǎng)度

Length直徑

Diameter

內(nèi)徑/管道規(guī)格表提升

Elevation高度/上升角粗糙度

RoughnessPipe——管段參數(shù)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——管段參數(shù)（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)熱參數(shù)設(shè)定表單Thermalspecification恒溫Constanttemperature線性溫度剖型Lineartemperatureprofile絕熱（零熱負(fù)荷）Adiabatic(zeroduty)熱衡算PerformenergybalancePipe——熱參數(shù)設(shè)定第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——熱參數(shù)設(shè)定（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)管件參數(shù)表單Fittings連接方式：

Connectiontype

法蘭連接/焊接

Flanged/Welded，螺紋連接

Screwed管件數(shù)量：

Numberoffittings

閘閥Gatevalves，蝶閥

Butterflyvalves90度肘管Large90degreeelbows，

直行三通

Straighttees，旁路三通

Branchedtees其余當(dāng)量長(zhǎng)度：

MiscellaneousL/DPipe——管件參數(shù)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipe對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——結(jié)果查看（2）計(jì)算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長(zhǎng)的分布剖形(Profiles)第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipe——示例1

流量為5000kg/h，壓強(qiáng)為7bar的飽和水蒸汽流經(jīng)

108

4的管道。管道長(zhǎng)20m，出口比進(jìn)口高5m，粗糙度為0.05mm。管道采用法蘭連接，安裝有閘閥1個(gè)，90

肘管2個(gè)。環(huán)境溫度為20

C，傳熱系數(shù)為20W/m2

K。求：出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道的熱損失各是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline——管線模型管線模型計(jì)算由多段管道串聯(lián)組成的一條管線的壓降。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline——管線模型（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)表單(Configuration)中輸入以下參數(shù)

計(jì)算方向

Calculationdirection管段幾何

Segmentgeometry熱選項(xiàng)

Thermaloptions物性計(jì)算

Propertycalculations流動(dòng)基準(zhǔn)PipelineflowbasisPipeline——管線參數(shù)1第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline——管線參數(shù)1（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)連接狀態(tài)表單：Connectivity

在彈出的管段數(shù)據(jù)(Segmentdata)對(duì)話框中逐段輸入每一管段的長(zhǎng)度、角度、直徑、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(Nodecoordinates)、直徑、粗糙度。Pipeline——管線參數(shù)2第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline—管線參數(shù)2（2）第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline—管線參數(shù)2（3）完成后的表單如下：第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipeline對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline——結(jié)果查看(2)Pipeline的Profiles給出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)Pipeline—示例1

流量為100m3/h，溫度為50

C，壓強(qiáng)為5bar的水流經(jīng)

108

4的管線。管線首先向東延伸5m，再向北5m，再向東10m，再向南5m，然后升高10m，再向東5m。管內(nèi)壁粗糙度為0.05mm。求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)DesignSpecification

——設(shè)計(jì)規(guī)定從以上示例我們了解到：ASPENPlus是根據(jù)我們輸入的過(guò)程參數(shù)(如進(jìn)料流股和模型參數(shù))計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)(如非進(jìn)料流股和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù))。進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，常常希望確定某個(gè)過(guò)程參數(shù)的特定值從而使某個(gè)結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。對(duì)于這類應(yīng)用需求，ASPENPlus提供了設(shè)計(jì)規(guī)定(DesignSpec)工具。設(shè)計(jì)規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目錄欄中進(jìn)入。第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)DesignSpecification

——設(shè)計(jì)規(guī)定（2）設(shè)計(jì)規(guī)定是流程選項(xiàng)(FlowsheetingOptions)下屬的對(duì)象第二講流體輸送單元的仿真設(shè)計(jì)DesignSpecification

——設(shè)計(jì)規(guī)定（3）創(chuàng)建設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象時(shí)，