浙江大学化工设计课程第三讲流体输送单元的仿真设计(一)方案

CAPD基础

第三讲SimulationDesignforFluidTransportation

流体输送单元

的仿真设计（一）CAPD基础第三讲SimulationDesign流体输送模型的分类泵 Pump压缩机 Compr多级压缩机 MCompr阀门 Valve管道 Pipe管线 Pipeline在ASPENPlus中流体输送单元归属压力改变器(PressureChangers)类别，共六种模型：流体输送模型的分类泵 Pump在ASPENPlus中流体输流体输送模型的分类（2）流体输送模型的分类（2）Pump泵模型1、泵（Pump)2、水轮机（HydraulicTurbine)Pump模型用于模拟泵和水轮机两种单元设备Pump泵模型1、泵（Pump)Pump模型用于模拟Pump泵模型（2）Pump泵模型（2）Pump——连接Pump模型的连接图如下：Pump——连接Pump模型的连接图如下：Pump——模型参数

Pump

模型有五种工作方式：指定模型参数

计算结果参数排出压力 所需（产）功率压力增量 所需（产）功率压力比率 所需（产）功率所需（产）功率 排出压力特性曲线 所需（产）功率Pump——模型参数Pump模型有五种工作Pump——模型参数（2）

最简单的用法是指定出口压力(Dischargepressure)，并给定泵的水力学效率(PumpEfficiency)和驱动机效率(DriverEfficiency)，计算得到出口流体状态和所需的轴功率和驱动机电功率。Pump——模型参数（2）最简单的用法是指定Pump——模型参数（3）Pump——模型参数（3）Pump——特性曲线

标准的设计方法是使用泵特性曲线(Performancecurve)。特性曲线有三种输入方式：列表数据 TabularData多项式 Polynomials用户子程序 UserSubroutines列表数据是最常用的输入方式。Pump——特性曲线标准的设计方法是使用泵特Pump——特性曲线（2）Pump——特性曲线（2）Pump——特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump——特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump——特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作转速下的单根曲线

Singlecueveatoperatingspeed；2、参考转速下的单根曲线

Singlecurve

atreferencespeed；3、不同转速下的多条曲线

Mutiplecurvesatdifferentspeeds.Pump——特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个Pump——特性曲线（5）Pump——特性曲线（5）Pump——特性曲线（6）在CurveData表单中输入具体数据：1、特性曲线变量的单位

Unitsofcurvevariables；2、每根曲线特性数据表如Headvs.flowtables；3、每根曲线的对应转速

Curvespeeds；Pump——特性曲线（6）在CurveData表单中输Pump——特性曲线（7）Pump——特性曲线（7）Pump——特性曲线（8）在Efficiencies表单输入效率数据：Pump——特性曲线（8）在Efficiencies表单Pump——特性曲线（9）

当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：Pump——特性曲线（9）当泵的操作转速与Pump——特性曲线（10）

用多项式表示特性曲线：Pump——特性曲线（10）用多项式表示特Pump—

Q~NPSHR表

设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量”

NPSHRNetPositiveSuctionHeadRequired其中：Hs

为允许吸上真空度Pump—Q~NPSHR表设计泵的安装Pump—

Q~NPSHR表（2）在NPSHR表单中输入NPSHR数据Pump—Q~NPSHR表（2）在NPSHR表单中输入Pump——NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效汽蚀余量”NPSHANetPositiveSuctionHeadAvailable在实际使用条件下，选择的泵应该满足Pump——NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处Pump——结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择Results查看结果Pump——结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择RePump—

示例1

一水泵将压强为1.5bar

的水加压到6bar，水的温度为25C，流量为100m3/h。泵的效率为0.68，驱动电机的效率为0.95。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？Pump—示例1一水泵将压强为1.5bPump—

示例2

一离心泵输送流量为100m3/hr

的水，水的压强为1.5bar，温度为25C。泵的特性曲线如下：流量（m3/hr）70.090.0109.0120.0扬程（m）59.054.247.843.0效率（%）64.569.069.066.0求：泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴功率各是多少？Pump—示例2一离心泵输送流量为100Compr压缩机模型多变离心压缩机（PolytropicCentrifugalCompressor)多变正排量压缩机（PolytropicPositiveDisplacementCompressor)等熵压缩机（IsentropicCompressor)等熵汽轮机（IsentropicTurbine)Compr模型用于模拟四种单元设备Compr压缩机模型多变离心压缩机（PolytropicCompr压缩机模型（2）Compr压缩机模型（2）Compr——连接Compr模型的连接图如下：Compr——连接Compr模型的连接图如下：Compr——计算模型Compr

模块提供八种计算模型：等熵模型Isentropic(Mollier-basedmethods)ASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多变模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多变模型PolytropicusingGPSAmethod分片积分多变模型Polytropicusingpiecewiseintegration正排量模型Positivedisplacement分片积分正排量模型PositivedisplacementusingpiecewiseintegrationCompr——计算模型Compr模块提供八种计算模型：等Compr——计算模型（2）Compr——计算模型（2）Compr——模型参数

Compr

模型有五种工作方式：指定模型参数

计算结果参数排出压力 所需（产）功率压力增量 所需（产）功率压力比率 所需（产）功率制动马力 排出压力特性曲线 所需（产）功率Compr——模型参数Compr模型有五种工Compr——模型参数(2)Compr——模型参数(2)1、等熵效率 IsentropicEfficiency

对于压缩机

对于汽轮机Compr——效率（1）

Compr

模型有三种效率：1、等熵效率 IsentropicEfficiencyCoCompr——效率（2）2、多变效率 PolytropicEfficiencyCompr——效率（2）2、多变效率 Polytropic3、机械效率 MechanicalEfficiency

压缩机汽轮机Compr——效率（3）3、机械效率 MechanicalEfficiencyCoCompr——效率（4）Compr——效率（4）Compr——特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特性曲线有四种输入方式：列表数据 TabularData多项式 Polynomials扩展多项式

ExtendedPolynomials用户子程序 UserSubroutines列表数据是常用的输入方式。Compr——特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特Compr——特性曲线（2）Compr——特性曲线（2）Compr——特性曲线（3）用扩展多项式表示特性曲线:Compr——特性曲线（3）用扩展多项式表示特性曲线:Compr——结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Results查看结果Compr——结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Compr——示例1一压缩机将压强为1.1bar

的空气加压到3.3bar，空气的温度为25C，流量为1000m3/h。压缩机的多变效率为0.71，驱动机构的机械效率为0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？Compr——示例1一压缩机将压强为1.1bar的Compr——示例2一汽轮机用压强为35bar、温度为435C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为10bar，蒸汽的流量为10000kg/h。汽轮机的等熵效率为0.8，驱动机构的机械效率为0.98。求：汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？Compr——示例2一汽轮机用压强为35bar、温度MCompr多级压缩机模型多级多变压缩机（Multi-stage

PolytropicCompressor)多级多变正排量压缩机（Multi-stage

PolytropicPositiveDisplacementCompressor)多级等熵压缩机（Multi-stage

IsentropicCompressor)多级等熵涡轮机（Multi-stage

IsentropicTurbine)MCompr

模型用于模拟四种单元设备MCompr多级压缩机模型多级多变压缩机（Multi-MCompr多级压缩机模型（2）MCompr多级压缩机模型（2）MCompr——连接(1)MCompr模型的外部连接图如下：MCompr——连接(1)MCompr模型的外部连接图MCompr——连接(2)MCompr模型的内部连接图如下：MCompr——连接(2)MCompr模型的内部连接图如MCompr——模型参数

MCompr

的模型参数有级数(Numberofstages)

指定压缩机的级数。压缩机模型(Compressormodel)

有六种计算模型供选用。设定方式(Specificationtype)

指定压缩机的工作方式。MCompr——模型参数MCompr的模型参数有MCompr——模型参数（2）设定方式与Compr模块有所不同：指定末级排出压力

(Fixdischargepressurefromlaststage)指定每级排出条件

(Fixdischargeconditionsfromeachstage)用特性曲线确定排出条件

(Useperformancecurvestodeterminedischargeconditions)

MCompr——模型参数（2）设定方式与Compr模块有所不MCompr——模型参数（3）MCompr——模型参数（3）MCompr——特性曲线(1)

多级压缩机特性曲线有三种输入方式：列表数据 TabularData多项式 Polynomials用户子程序 UserSubroutinesMCompr——特性曲线(1)多级压缩机MCompr——特性曲线(2)可以提供多张特性曲线表(Maps)，每张表又可以有多条特性曲线。多级压缩机的每一级可以有多个叶轮(wheels)，可以为每个叶轮选用不同的特性曲线表、叶轮直径和比例因子(scalingfactors)MCompr——特性曲线(2)可以提供多张特性曲线表(Ma人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。人有了知识，就会具备各种分析能力，浙江大学化工设计课程第三讲流体输送单元的仿真设计(一)方案CAPD基础

第三讲SimulationDesignforFluidTransportation

流体输送单元

的仿真设计（一）CAPD基础第三讲SimulationDesign流体输送模型的分类泵 Pump压缩机 Compr多级压缩机 MCompr阀门 Valve管道 Pipe管线 Pipeline在ASPENPlus中流体输送单元归属压力改变器(PressureChangers)类别，共六种模型：流体输送模型的分类泵 Pump在ASPENPlus中流体输流体输送模型的分类（2）流体输送模型的分类（2）Pump泵模型1、泵（Pump)2、水轮机（HydraulicTurbine)Pump模型用于模拟泵和水轮机两种单元设备Pump泵模型1、泵（Pump)Pump模型用于模拟Pump泵模型（2）Pump泵模型（2）Pump——连接Pump模型的连接图如下：Pump——连接Pump模型的连接图如下：Pump——模型参数

Pump

模型有五种工作方式：指定模型参数

计算结果参数排出压力 所需（产）功率压力增量 所需（产）功率压力比率 所需（产）功率所需（产）功率 排出压力特性曲线 所需（产）功率Pump——模型参数Pump模型有五种工作Pump——模型参数（2）

最简单的用法是指定出口压力(Dischargepressure)，并给定泵的水力学效率(PumpEfficiency)和驱动机效率(DriverEfficiency)，计算得到出口流体状态和所需的轴功率和驱动机电功率。Pump——模型参数（2）最简单的用法是指定Pump——模型参数（3）Pump——模型参数（3）Pump——特性曲线

标准的设计方法是使用泵特性曲线(Performancecurve)。特性曲线有三种输入方式：列表数据 TabularData多项式 Polynomials用户子程序 UserSubroutines列表数据是最常用的输入方式。Pump——特性曲线标准的设计方法是使用泵特Pump——特性曲线（2）Pump——特性曲线（2）Pump——特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump——特性曲线（3）首先选择特性曲线的单位：Pump——特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作转速下的单根曲线

Singlecueveatoperatingspeed；2、参考转速下的单根曲线

Singlecurve

atreferencespeed；3、不同转速下的多条曲线

Mutiplecurvesatdifferentspeeds.Pump——特性曲线（4）然后选择特性曲线的数目，有三个Pump——特性曲线（5）Pump——特性曲线（5）Pump——特性曲线（6）在CurveData表单中输入具体数据：1、特性曲线变量的单位

Unitsofcurvevariables；2、每根曲线特性数据表如Headvs.flowtables；3、每根曲线的对应转速

Curvespeeds；Pump——特性曲线（6）在CurveData表单中输Pump——特性曲线（7）Pump——特性曲线（7）Pump——特性曲线（8）在Efficiencies表单输入效率数据：Pump——特性曲线（8）在Efficiencies表单Pump——特性曲线（9）

当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：Pump——特性曲线（9）当泵的操作转速与Pump——特性曲线（10）

用多项式表示特性曲线：Pump——特性曲线（10）用多项式表示特Pump—

Q~NPSHR表

设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量”

NPSHRNetPositiveSuctionHeadRequired其中：Hs

为允许吸上真空度Pump—Q~NPSHR表设计泵的安装Pump—

Q~NPSHR表（2）在NPSHR表单中输入NPSHR数据Pump—Q~NPSHR表（2）在NPSHR表单中输入Pump——NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效汽蚀余量”NPSHANetPositiveSuctionHeadAvailable在实际使用条件下，选择的泵应该满足Pump——NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处Pump——结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择Results查看结果Pump——结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择RePump—

示例1

一水泵将压强为1.5bar

的水加压到6bar，水的温度为25C，流量为100m3/h。泵的效率为0.68，驱动电机的效率为0.95。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？Pump—示例1一水泵将压强为1.5bPump—

示例2

一离心泵输送流量为100m3/hr

的水，水的压强为1.5bar，温度为25C。泵的特性曲线如下：流量（m3/hr）70.090.0109.0120.0扬程（m）59.054.247.843.0效率（%）64.569.069.066.0求：泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴功率各是多少？Pump—示例2一离心泵输送流量为100Compr压缩机模型多变离心压缩机（PolytropicCentrifugalCompressor)多变正排量压缩机（PolytropicPositiveDisplacementCompressor)等熵压缩机（IsentropicCompressor)等熵汽轮机（IsentropicTurbine)Compr模型用于模拟四种单元设备Compr压缩机模型多变离心压缩机（PolytropicCompr压缩机模型（2）Compr压缩机模型（2）Compr——连接Compr模型的连接图如下：Compr——连接Compr模型的连接图如下：Compr——计算模型Compr

模块提供八种计算模型：等熵模型Isentropic(Mollier-basedmethods)ASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多变模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多变模型PolytropicusingGPSAmethod分片积分多变模型Polytropicusingpiecewiseintegration正排量模型Positivedisplacement分片积分正排量模型PositivedisplacementusingpiecewiseintegrationCompr——计算模型Compr模块提供八种计算模型：等Compr——计算模型（2）Compr——计算模型（2）Compr——模型参数

Compr

模型有五种工作方式：指定模型参数

计算结果参数排出压力 所需（产）功率压力增量 所需（产）功率压力比率 所需（产）功率制动马力 排出压力特性曲线 所需（产）功率Compr——模型参数Compr模型有五种工Compr——模型参数(2)Compr——模型参数(2)1、等熵效率 IsentropicEfficiency

对于压缩机

对于汽轮机Compr——效率（1）

Compr

模型有三种效率：1、等熵效率 IsentropicEfficiencyCoCompr——效率（2）2、多变效率 PolytropicEfficiencyCompr——效率（2）2、多变效率 Polytropic3、机械效率 MechanicalEfficiency

压缩机汽轮机Compr——效率（3）3、机械效率 MechanicalEfficiencyCoCompr——效率（4）Compr——效率（4）Compr——特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特性曲线有四种输入方式：列表数据 TabularData多项式 Polynomials扩展多项式

ExtendedPolynomials用户子程序 UserSubroutines列表数据是常用的输入方式。Compr——特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特Compr——特性曲线（2）Compr——特性曲线（2）Compr——特性曲线（3）用扩展多项式表示特性曲线:Compr——特性曲线（3）用扩展多项式表示特性曲线:Compr——结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Results查看结果Compr——结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Compr——示例1一压缩机将压强为1.1bar

的空气加压到3.3bar，空气的温度为25C，流量为1000m3/h。压缩机的多变效率为0.71，驱动机构的机械效率为0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？Compr——示例1一压缩机将压强为1.1bar的Compr——示例2一汽轮机用压强为35bar、温度为435C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为10bar，蒸汽的流量为10000kg/h。汽轮机的等熵效率为0.8，驱动机构的机械效率为0.98。求：汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？Compr——示例2一汽轮机用压强为35bar、温度MCompr多级压缩机模型多级多变压缩机（Multi-stage

PolytropicCompressor)多级多变正排量压缩机（Multi-stage

PolytropicPositiveDisplacementCompressor)多级等熵压缩机（Multi-stage

IsentropicCompressor)多级等熵涡轮机（Multi-