CAPD基礎(chǔ)-流體輸送單元的仿真設(shè)計

1、CAPD基礎(chǔ) 第三講Simulation Design for Fluid Transportation 流體輸送單元 的仿真設(shè)計 （一）編輯課件流體輸送模型的分類泵Pump壓縮機Compr多級壓縮機MCompr閥門Valve管道Pipe管線Pipeline在ASPEN Plus中流體輸送單元歸屬壓力改變器 (Pressure Changers)類別，共六種模型：編輯課件流體輸送模型的分類（2）編輯課件Pump 泵模型1、泵（Pump)2、水輪機（Hydraulic Turbine)Pump 模型用于模擬泵和水輪機兩種單元設(shè)備編輯課件Pump 泵模型 （2）編輯課件Pump 連接Pump 模型

2、的連接圖如下：編輯課件Pump 模型參數(shù) Pump 模型有五種工作方式：指定模型參數(shù) 計算結(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)）功率編輯課件Pump 模型參數(shù)（2） 最簡單的用法是指定出口壓力(Discharge pressure)，并給定泵的水力學(xué)效率(Pump Efficiency)和驅(qū)動機效率(Driver Efficiency)，計算得到出口流體狀態(tài)和所需的軸功率和驅(qū)動機電功率。編輯課件Pump 模型參數(shù)（3）編輯課件Pump 特性曲線 標準的設(shè)計方法是使用泵特性曲線(Performance curve)。特性

3、曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù)Tabular Data多項式Polynomials用戶子程序User Subroutines列表數(shù)據(jù)是最常用的輸入方式。編輯課件Pump 特性曲線（2）編輯課件Pump 特性曲線（3）首先選擇特性曲線的單位：編輯課件Pump 特性曲線（4）然后選擇特性曲線的數(shù)目，有三個選項：1、操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single cueve at operating speed；2、參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線 Single curve at reference speed；3、不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線 Mutiple curves at different speeds .編輯課件Pump

4、 特性曲線（5）編輯課件Pump 特性曲線（6）在Curve Data表單中輸入具體數(shù)據(jù)：1、特性曲線變量的單位 Units of curve variables；2、每根曲線特性數(shù)據(jù)表 如 Head vs. flow tables；3、每根曲線的對應(yīng)轉(zhuǎn)速 Curve speeds；編輯課件Pump 特性曲線（7）編輯課件Pump 特性曲線（8）在Efficiencies表單輸入效率數(shù)據(jù)：編輯課件Pump 特性曲線（9） 當泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同時，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：編輯課件Pump 特性曲線（10） 用多項式表示特性曲線：編輯課件Pump QNPSHR 表 設(shè)計泵的安裝位置時，

5、應(yīng)核算“必需汽蝕余量” NPSHR Net Positive Suction Head Required其中：Hs 為允許吸上真空度編輯課件Pump QNPSHR 表（2）在NPSHR表單中輸入NPSHR數(shù)據(jù)編輯課件Pump NPSHA根據(jù)安裝和流動情況可以算出泵進口處的“有效汽蝕余量” NPSHA Net Positive Suction Head Available在實際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足編輯課件Pump 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pump對象下選擇Results查看結(jié)果編輯課件Pump 示例 1 一水泵將壓強為 1.5 bar 的水加壓到 6 bar，水的溫度為 25 C，流量為

6、100 m3/h。泵的效率為 0.68，驅(qū)動電機的效率為 0.95。求：泵提供給流體的功率、泵所需要的軸功率、以及電機消耗的電功率各是多少？編輯課件Pump 示例 2 一離心泵輸送流量為 100 m3/hr 的水，水的壓強為 1.5 bar，溫度為 25 C。泵的特性曲線如下：流量（m3/hr） 70.0 90.0 109.0 120.0揚程（m） 59.0 54.2 47.8 43.0效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.0求： 泵的出口壓力、提供給流體的功率、泵所需要的軸 功率各是多少？編輯課件Compr 壓縮機模型多變離心壓縮機（Polytropic Centrifugal C

7、ompressor)多變正排量壓縮機（Polytropic Positive Displacement Compressor)等熵壓縮機（Isentropic Compressor)等熵汽輪機（Isentropic Turbine)Compr 模型用于模擬四種單元設(shè)備編輯課件Compr 壓縮機模型（2）編輯課件Compr連接Compr 模型的連接圖如下：編輯課件Compr 計算模型Compr 模塊提供八種計算模型：等熵模型 Isentropic (Mollier-based methods)ASME等熵模型 Isentropic using ASME methodGPSA等熵模型 Isentr

8、opic using GPSA methodASME多變模型 Polytropic using ASME methodGPSA多變模型 Polytropic using GPSA method分片積分多變模型 Polytropic using piecewise integration正排量模型 Positive displacement分片積分正排量模型 Positive displacement using piecewise integration編輯課件Compr計算模型（2）編輯課件Compr 模型參數(shù) Compr 模型有五種工作方式：指定模型參數(shù) 計算結(jié)果參數(shù)排出壓力所需（產(chǎn)）功率

9、壓力增量所需（產(chǎn)）功率壓力比率所需（產(chǎn)）功率軸馬力排出壓力特性曲線所需（產(chǎn)）功率編輯課件Compr模型參數(shù)(2)編輯課件1、等熵效率Isentropic Efficiency 對于壓縮機 對于汽輪機Compr 效率 （1） Compr 模型有三種效率：編輯課件Compr 效率（2）2、多變效率Polytropic Efficiency編輯課件3、機械效率Mechanical Efficiency 壓縮機 汽輪機Compr 效率（3）編輯課件Compr 效率（4）編輯課件Compr 特性曲線壓縮機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)Tabular Data多項式Polyn

10、omials擴展多項式Extended Polynomials用戶子程序User Subroutines列表數(shù)據(jù)是常用的輸入方式。編輯課件Compr特性曲線（2）編輯課件Compr特性曲線（3）用擴展多項式表示特性曲線:編輯課件Compr 結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Compr對象下選擇Results查看結(jié)果編輯課件Compr 示例 1一壓縮機將壓強為 1.1 bar 的空氣加壓到 3.3 bar，空氣的溫度為 25 C，流量為 1000 m3/h。壓縮機的多變效率為 0.71，驅(qū)動機構(gòu)的機械效率為 0.97。求：壓縮機所需要的軸功率、驅(qū)動機的功率以及空氣的出口溫度和體積流量各是多少？編輯課件Com

11、pr 示例 2一汽輪機用壓強為 35 bar、溫度為 435 C的過熱水蒸汽為工作介質(zhì)，汽輪機的背壓為 10 bar，蒸汽的流量為 10000 kg/h。汽輪機的等熵效率為 0.8，驅(qū)動機構(gòu)的機械效率為 0.98。求：汽輪機所提供的機械功率以及蒸汽的出口溫度和體積流量各是多少？編輯課件MCompr 多級壓縮機模型多級多變壓縮機 （Multi-stage Polytropic Compressor)多級多變正排量壓縮機 （Multi-stage Polytropic Positive Displacement Compressor)多級等熵壓縮機（Multi-stage Isentropic C

12、ompressor)多級等熵渦輪機（Multi-stage Isentropic Turbine)MCompr 模型用于模擬四種單元設(shè)備編輯課件MCompr 多級壓縮機模型（2）編輯課件MCompr 連接 (1)MCompr 模型的外部連接圖如下：編輯課件MCompr連接 (2)MCompr 模型的內(nèi)部連接圖如下：編輯課件MCompr 模型參數(shù) MCompr 的模型參數(shù)有級數(shù) (Number of stages) 指定壓縮機的級數(shù)。壓縮機模型 (Compressor model) 有六種計算模型供選用。設(shè)定方式 (Specification type) 指定壓縮機的工作方式。編輯課件MCompr模型參數(shù)（2）設(shè)定方式與Compr模塊有所不同：指定末級排出壓力 (Fix discharge pressure from last stage )指定每級排出條件 (Fix discharge conditions from each stage)用特性曲線確定排出條件 (Use performance curves to determine discharge conditions)編輯課件MCompr模型參數(shù)（3）編輯課件MComp