AFT Impulse軟件在水錘計算分析中的應用介紹

1、AFT Impulse軟件在水錘計算分析中的應用介紹摘要：簡述了采用的水錘分析軟件，并進行了對比；論述了 AFT Impulse水錘計 算軟件使用注意問題，建模時的順序，單位的使用，以及輸入?yún)?shù)的控制。關鍵詞：AFT Impulse；水錘；壓力；Cv值；建模；暫態(tài)；穩(wěn)態(tài)水錘分析是廠外補給水管道設計中非常重要的內容，是管道設計壓力確定、管材選擇、 進排氣閥的設置、氣壓罐的設置的依據(jù)。1水錘基本概念及防護措施1.1水錘的概念水錘現(xiàn)象，在壓力管流中因流速劇烈變化引起動量轉換，從而在管路中產生一系列急驟 的壓力交替變化的水力撞擊現(xiàn)象，稱為水錘現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是由水流的慣性，以及水具有可 壓縮性造成的。1

2、.2水錘的危害水錘現(xiàn)象的延續(xù)時間雖然短暫，但是會造成嚴重的工程事故，如裝有離心泵的泵站，突 然停泵時，壓力管中產生壓力下降，隨后升高的現(xiàn)象，稱為停泵水錘，會造成閥門、管道、 水泵葉輪被撞擊損壞的現(xiàn)象。更有甚者，水淹泵房、供水中斷、人員傷亡。1.3水錘的預防措施水錘防護措施，都有一個共同的目的，降低泵管系統(tǒng)中流速變化（下降）的速度。目前已有多種防護措施來解決由于降壓波的發(fā)生與傳播開始的水錘壓升問題，其出發(fā)點 多數(shù)是簡歷在對停泵水錘危害的早期防治上，歸納為四種類型：一、注水或注空氣穩(wěn)壓，從而控制住系統(tǒng)中的水錘壓力振蕩，防止真空和斷流空腔再彌 合水錘過高的升壓。如單向調壓塔、單向調壓水池、空氣罐、進

3、排氣閥、雙向調壓塔。二、合理選擇閥門、延長其啟閉歷時。如液控蝶閥、緩閉止回閥等。三、泄水降壓，避免壓力陡升。如水錘消除器、防爆膜、設置旁通管、取消止回閥等。四、其他類型。如增大水泵的轉動慣量、增裝慣性飛輪、較長輸水管路中增設止回閥等。2水錘分析軟件AFT ImpulseAFT Impulse是一款強大的流體動態(tài)分析軟件，可計算管網中由水錘引起的瞬態(tài)壓力。AFT Impulse可對不可壓縮流體和可壓縮流體進行瞬態(tài)分析，包括水、汽油和其它精煉油品、 化工產品、冷凍劑、制冷劑等不可壓縮流體和包括高壓蒸汽、壓縮空氣等可壓縮流體的管網 系統(tǒng)，是可幫你確保管網系統(tǒng)安全可靠的必要工具。其廣泛應用于化工、電力

4、、石化、造船、 航空、制藥等行業(yè)的各類系統(tǒng)中。AFT Impulse動態(tài)流體分析軟件包括解決壓降、流量平衡、水錘及汽錘等幾個方面，包括 穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)計算兩個部分，而暫態(tài)計算的水錘部分主要解決液態(tài)流體系統(tǒng)水錘及壓力驟增分 析，預測系統(tǒng)內的最大、最小壓力點，預測水泵的流量、揚程等。Bentley HammerBentely Hammer用戶可以選擇使用內置穩(wěn)態(tài)引擎來自動計算初始條件或輸入穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。 并且具備多平臺界面，包括獨立版本界面，AutoCAD. ArcGIS和MicroStation平臺集成界面。Bentely Hammer提供動態(tài)數(shù)據(jù)查看，即在毫秒級的時問序列連續(xù)變化過程中，觀察整段 管線

5、中壓力的變化過程，以此觀察壓力波動的產生，發(fā)展和延續(xù)的過程，對于壓力變化和如 何設置保護提供了全過程數(shù)據(jù)分析支持。Bentely Hammer提供壓力變化過程的動態(tài)查看，并且在每一個步長、管段每一個位置精 確計算壓力變化的模擬數(shù)據(jù)，提供過程分析的數(shù)據(jù)支持。MATLABMATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設 計的高科技計算環(huán)境。目前MATLAB已經成為國際最為流行的科學與工程計算的軟件之一， 已成為控制系統(tǒng)設計和仿真領域最受歡迎的軟件系統(tǒng)。MATLAB能夠將計算的結果以二維、 三維乃至四維的圖形表現(xiàn)出來，把計算數(shù)據(jù)的特征表現(xiàn)得淋漓盡致。MATLA

6、B還提供了一個 Excel Link插件，利用它可以直接在Excel環(huán)境下完成MATLAB的數(shù)據(jù)傳輸，并運行MATLAB命令。PIPE2010： Surge該水力分析軟件所應用的水錘波特征方程源于彈性水柱理論的兩個基本方程，數(shù)值求解 方法采用拉格朗日波特性法，建模過程以節(jié)點和管段的穩(wěn)態(tài)計算結果為基礎，可對水錘進行 瞬態(tài)精確計算和實時跟蹤，以圖表形式直觀明了地呈現(xiàn)結果?？捎嬎惆▔毫?、流量、進排 氣有效口徑、水損及水泵轉速等多項參數(shù)，并輸出這些參數(shù)的最大值、最小值和穩(wěn)態(tài)值及相 應的發(fā)生時間等，從而為采取壓力防護及消除措施提供依據(jù)。FLOWMASTERFlowmaster是面向工程的流體系統(tǒng)仿真平

7、臺，廣泛應用于能源動力、航空航天、汽車、 船舶等行業(yè)的各類流體系統(tǒng)。該軟件提供壓力、溫度、流量等參數(shù)的預測；可以穩(wěn)態(tài)分析、瞬態(tài)分析、換熱分析；可 以用于可壓縮流體和不可壓縮流體的計算分析。3 AFT Impulse軟件應用3.1建立計算模型AFT Impulse提供了 SI及英制兩種單位系統(tǒng)，對于國內用戶而言，英制單位使用不便，會 讓用戶很難分析計算結果，所以，用戶在建模之前，應首先進行單位的設置，設置為SI單位 系統(tǒng)。AFT Impulse建模非常簡單，只需要將軟件中圖標左鍵按住，拖動到模型區(qū)域即可，為了 建立的模型整齊美觀，建議用戶打開格柵功能。3.2模型參數(shù)的輸入AFT Impulse提

8、供的junction元件，根據(jù)元件的不同，必須輸入的數(shù)據(jù)也都不一致，必須 輸入的參數(shù)均用“藍底”標示。例如水箱輸入液面標高即可。閥門的狀態(tài)若選擇“關閉”，瞬時特性輸入時，初始狀態(tài)Cv值應該為0。若選擇k值，初 始狀態(tài)應該為最大值。為了降低瞬態(tài)計算時的運行時間，一定要根據(jù)管道的布置情況，適當調整最短管道的長 度，不要按照實際的管道長度來輸入管長，例如兩個閥門之間的距離僅有0.35m，但是絕不 能將這個長度輸入這個模型中，否則暫態(tài)運算時間高達5個小時。對應長距離輸水管道來倆， 有的管段長度達到1200m，推薦最小的建模管段取5m或10m，而且其他管段也不必取其準 確值，建議管段長度盡量取整，管長為

9、尾數(shù)為0或5,可以大大減少模型分析計算的時間。3.3流體特性的確定AFT Impulse提供的junction元件，根據(jù)元件的不同，必須輸入的數(shù)據(jù)也都不一致，必須 輸入的參數(shù)均用“藍底”標示。例如水箱輸入液面標高即可。3.4計算分析及模型調整在進行transient運算之前，建議首先進行steady運算，這樣可以檢查出輸入標高的人為 誤差，檢查穩(wěn)態(tài)計算中最大壓力點及最低壓力點是否合理，若有誤差及時修正，否則，無法 進行暫態(tài)計算。當然，若暫態(tài)運算報錯時，可以返回到穩(wěn)態(tài)計算中，穩(wěn)態(tài)計算相對簡單，而 且計算時間非常短，用于檢查人為輸入誤差非常方便。進行暫態(tài)運算時，“慎用”管段合并功能，因為這樣雖然可以降低計算時間，但是會改變 模型的外形，很多一般節(jié)點被合并，不便于模型與實際管道的觀察對比。筆者在軟件應用中 曾出現(xiàn)過這種情況，花費2天建立的模型，采用管段合并功能后，模型作廢，無法恢復的情 況，不得不重新建模，輸入節(jié)點及管道的參數(shù)。在暫態(tài)運行調整中，止回閥若不設置暫態(tài)信息，止回閥后的一段管道會是最高點。所以， 雖然止回閥的暫態(tài)信息不是必填項，但是推薦完善止回閥的暫態(tài)信息。水泵的參數(shù)，不僅需要水泵的曲線特性，還應該選擇在泵前設置止回閥，否則，泵出口 的管道壓力