CAPD基础-流体输送单元的仿真设计.ppt

CAPD基础 第三讲,Simulation Design for Fluid Transportation 流体输送单元 的仿真设计 （一）,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ASPEN Plus中流体输送单元归属压力改变器 (Pressure Changers)类别，共六种模型：,流体输送模型的分类（2）,Pump 泵模型,1、泵（Pump) 2、水轮机（Hydraulic Turbine),Pump 模型用于模拟泵和水轮机两种单元设备,Pump 泵模型 （2）,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（2）,最简单的用法是指定出口压力(Discharge pressure)，并给定泵的水力学效率(Pump Efficiency)和驱动机效率(Driver Efficiency)，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（3）,Pump 特性曲线,标准的设计方法是使用泵特性曲线(Performance curve)。特性曲线有三种输入方式：,列表数据 Tabular Data 多项式 Polynomials 用户子程序 User Subroutines,列表数据是最常用的输入方式。,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（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 Single cueve at operating speed； 2、参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed； 3、不同转速下的多条曲线 Mutiple curves at different speeds .,Pump 特性曲线（5）,Pump 特性曲线（6）,在Curve Data表单中输入具体数据： 1、特性曲线变量的单位 Units of curve variables； 2、每根曲线特性数据表 如 Head vs. flow tables； 3、每根曲线的对应转速 Curve speeds；,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（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（10）,用多项式表示特性曲线：,Pump QNPSHR 表,设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量” NPSHR Net Positive Suction Head Required,其中：Hs 为允许吸上真空度,Pump QNPSHR 表（2）,在NPSHR表单中输入NPSHR数据,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” NPSHA Net Positive Suction Head Available 在实际使用条件下，选择的泵应该满足,Pump 结果查看,从数据浏览器的Pump对象下选择Results查看结果,Pump 示例 1,一水泵将压强为 1.5 bar 的水加压到 6 bar，水的温度为 25 C，流量为 100 m3/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 2,一离心泵输送流量为 100 m3/hr 的水，水的压强为 1.5 bar，温度为 25 C。泵的特性曲线如下： 流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0 120.0 扬程（m） 59.0 54.2 47.8 43.0 效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.0 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？,Compr 压缩机模型,多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor) 多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor) 等熵压缩机（Isentropic Compressor) 等熵汽轮机（Isentropic Turbine),Compr 模型用于模拟四种单元设备,Compr 压缩机模型（2）,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-based methods) ASME等熵模型 Isentropic using ASME method GPSA等熵模型 Isentropic using GPSA method ASME多变模型 Polytropic using ASME method GPSA多变模型 Polytropic using GPSA method 分片积分多变模型 Polytropic using piecewise integration 正排量模型 Positive displacement 分片积分正排量模型 Positive displacement using piecewise integration,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 轴马力 排出压力 特性曲线 所需（产）功率,Compr模型参数(2),1、等熵效率 Isentropic Efficiency 对于压缩机 对于汽轮机,Compr 效率 （1）,Compr 模型有三种效率：,Compr 效率（2）,2、多变效率 Polytropic Efficiency,3、机械效率 Mechanical Efficiency 压缩机 汽轮机,Compr 效率（3）,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 Tabular Data 多项式 Polynomials 扩展多项式 Extended Polynomials 用户子程序 User Subroutines,列表数据是常用的输入方式。,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 结果查看,从数据浏览器的Compr对象下选择Results查看结果,Compr 示例 1,一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气加压到 3.3 bar，空气的温度为 25 C，流量为 1000 m3/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 2,一汽轮机用压强为 35 bar、温度为 435 C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为 10 bar，蒸汽的流量为 10000 kg/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？,MCompr 多级压缩机模型,多级多变压缩机 （Multi-stage Polytropic Compressor) 多级多变正排量压缩机 （Multi-stage Polytropic Positive Displacement Compressor) 多级等熵压缩机（Multi-stage Isentropic Compressor) 多级等熵涡轮机（Multi-stage Isentropic Turbine),MCompr 模型用于模拟四种单元设备,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 (2),MCompr 模型的内部连接图如下：,MCompr 模型参数,MCompr 的模型参数有 级数 (Number of stages) 指定压缩机的级数。 压缩机模型 (Compressor model) 有六种计算模型供选用。 设定方式 (Specification type) 指定压缩机的工作方式。,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 (Fix discharge pressure from last stage ) 指定每级排出条件 (Fix discharge conditions from each stage) 用特性曲线确定排出条件 (Use performance curves to determine discharge conditions),MCompr模型参数（3）,MCompr 特