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1、第5章 流体输送单元模拟,作者：王丁丁 孙兰义,目录,5.1 概述5.2 泵Pump5.3 压缩机Compr5.4 多级压缩机Mcompr5.5 阀门Valve5.6 管段Pipe5.7 管线系统Pipeline,5.1 概述,Aspen Plus提供6种流体输送单元模块（Pressure Changers）,5.2 泵Pump,Pump模块用于模拟两种设备,泵（Pump）泵是把机械能转换成液体的能量，用来给液体增压和输送液体的流体机械。水轮机（Turbine）水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。,5.2 泵Pump连接,泵Pump连接示意图,5.2 泵
2、Pump模块参数（1）,泵Pump模块有5种计算形式,出口压力、泵的水力学效率和驱动机效率,常用参数指定：,5.2 泵Pump模块参数（2）,特性曲线有三种输入方式：,5.2 泵Pump特性曲线（1）,列表数据 Tabular Data多项式 Polynomials用户子程序 User Subroutines,操作转速下的单根曲线 Single curve at operating speed；参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed；不同转速下的多条曲线 Multiple curves at different speeds.,特性曲线的数目，有三
3、个选项：,5.2 泵Pump特性曲线（2）,在Curve Data页面中输入特性曲线数据：,5.2 泵Pump特性曲线（3）,特性曲线变量的单位 Units of curve variables每根曲线特性数据表 如 Head vs.flow tables每根曲线的对应转速 Curve speeds,5.2 泵Pump特性曲线（4）,5.2 泵Pump特性曲线（5）,在Efficiencies页面中输入效率数据：,输入流量效率数据,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：,5.2 泵Pump特性曲线（6）,规定操作转速,5.2 泵Pump特性曲线（7）,用多项式表示特性曲线
4、：,5.2 泵PumpNPSHR（1）,汽蚀余量又叫净正吸头NPSH，是表示汽蚀性能的主要参数。,其中：Hs 为允许吸上真空度,设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量”NPSHR Net Positive Suction Head Required,在NPSHR页面输入NPSHR数据,5.2 泵PumpNPSHR（2）,5.2 泵PumpNPSHR（3）,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：,5.2 泵Pump结果查看,从数据浏览器的Pump对象下选择Resu
5、lts|Summary，查看结果，结果中显示流体功率、轴功率、电功率等参数。,5.2 泵Pump例题1,一泵将压力为170kPa的物流加压到690kPa，进料的温度为-10，摩尔流率及组成如下表所示。泵的效率为80%，电动机的效率为100%。计算泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率以及电动机消耗的电功率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。,5.2 泵Pump例题2,一泵输送流率为100kmol/hr的苯，苯的压力为100kPa，温度为40。泵的效率是60%，电动机的效率是90%，特性曲线数据如下表所示。计算泵的出口压力、提供给流体的功率及泵所需要的轴功率各是多少？物性方法采用RK-SOAV
6、E。,5.3 压缩机Compr,Compr 模型用于模拟四种单元设备,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,5.3 压缩机Compr连接,压缩机是将机械能转变为气体能量，用以给气体增压或输送的机械。按增压程度由低到高又可以分为通风机、鼓风机和压缩机。,5.3 压缩机Compr连接,Compr 模型的连接图如下：,Compr 模块模拟压缩机时提供8
7、种计算模型：,5.3 压缩机Compr计算模型（1）,等熵模型 Isentropic ASME等熵模型 Isentropic using ASME methodGPSA等熵模型 Isentropic using GPSA methodASME多变模型 Polytropic using ASME methodGPSA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 usi
8、ng piecewise integration,5.3 压缩机Compr计算模型（2）,Compr 模块模拟压缩机时提供8种计算模型：,5.3 压缩机Compr计算模型（3）,Compr 模块模拟涡轮机时仅有1种计算模型：,等熵模型 Isentropic,5.3 压缩机Compr模块参数（1）,压缩机Compr模块有5种计算形式,出口压力+指定效率,常用参数指定：,5.3 压缩机Compr模块参数（2）,5.3 压缩机Compr效率（1）,对于压缩机对于汽轮机,等熵效率 Isentropic Efficiency,5.3 压缩机Compr效率（2）,多变效率Polytropic Effici
9、ency,5.3 压缩机Compr效率（3）,机械效率Mechanical Efficiency,压缩机汽轮机,5.3 压缩机Compr特性曲线（1）,特性曲线有4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,操作转速下的单根曲线 Single curve at operating speed参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed不同转速下的多条曲线 Multiple curves at different speeds,
10、特性曲线的数目，有三个选项：,5.3 压缩机Compr特性曲线（2）,曲线形式,5.3 压缩机Compr结果查看,从数据浏览器的Compr对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示轴功率、出口压力、出口温度等参数。,物流的温度为100，压力为690kPa，组成下表所示。现用多变压缩机将该物流压缩至3450kPa，压缩机的多变效率为100%，驱动机的机械效率为100%。计算压缩机所需的轴功率及该物流的出口温度和体积流率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。,5.3 压缩机Compr例题,5.4 多级压缩机MCompr,多级压缩将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩之后将
11、气体导入中间冷却器进行冷却。,5.4 多级压缩机Mcompr连接（1）,MCompr 模型的外部连接图如下：,5.4 多级压缩机Mcompr连接（2）,MCompr 模型的内部连接图如下：,5.4 多级压缩机Mcompr计算模型,多级压缩机MCompr 模块用于模拟四种单元设备,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 Mult
12、i-stage Isentropic Turbine,5.4 多级压缩机Mcompr模块参数（1）,MCompr 的模型参数,级数 Number of stages 指定压缩机的级数压缩机模型 Compressor model 有6种计算模型供选用,5.4 压缩机Compr模块参数（2）,设定方式(Specification type)指定压缩机的工作方式，与压缩机Compr模块有所不同,MCompr 的模型参数,5.4 多级压缩机Mcompr模块参数（3）,5.4 多级压缩机Mcompr模块参数（3）,物流定义,在Material页面定义物流,5.4 多级压缩机MCompr模块参数（4）,在
13、Spec页面定义级间参数：效率、温度等,5.4 多级压缩机MCompr模块参数（5）,在Cooler页面定义中间冷却器参数：冷却器负荷、冷却器温度等,5.4 多级压缩机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Tabular Data多项式Polynomials用户子程序User Subroutines,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(scaling factors),5.4 多级压缩机MCompr特性曲线（2）,5.4 多级压
14、缩机Mcompr结果查看,从数据浏览器的MCompr对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示出口压力、功率、级间冷却器负荷等。,5.4 多级压缩机MCompr例题,物流的温度为100，压力为690kPa，组成如下表所示。使该物流通过一个二级等熵压缩机，压缩机一级和二级之间的冷却器移出热量30kW，压降为0。计算压缩机的总功率，物流经过一级压缩机后的温度，以及最终的出口温度各是多少？物性方法采用PENG-ROB。,5.5 阀门Valve,阀门Valve模块用来调节流体流经管路时的压降。,阀门Valve模块假定流动过程绝热，并将阀门的压降与流量系数关联起来，可确定阀门出口物流的热
15、状态和相态。,5.5 阀门Valve计算模型,阀门模型有三种应用方式（计算类型）,指定出口压力下的绝热闪蒸 Adiabatic flash for specified outlet pressure计算指定出口压力下的阀门流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure计算指定阀门的出口压力(核算方式)Calculate outlet pressure for specified valve,5.5 阀门Valve模块参数（1）,运用核算方式时，需输入以下参数：,阀门类型(Valve type)截止阀(Glo
16、bal)、球阀(Ball)、蝶阀(Butterfly)厂家(Manufacturer)Neles-Jamesbury系列/规格(Series/Style)线性流量(linear flow)、等百分比流量(equal percent flow)尺寸(Size)公称直径阀门开度（Openning）,5.5 阀门Valve模块参数（2）,规定计算类型及阀门开度,5.5 阀门Valve模块参数（3）,选择阀门类型、厂家、系列/规格、尺寸,5.5 阀门Valve模块参数（4）,计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要,检查阻塞流动 Check for choked flow计算空泡系数 Calculat
17、e cavitation index设置最小出口压力等于阻塞压力Minimum outlet pressure:Set equal to choked outlet pressure,5.5 阀门Valve模块参数（5）,5.5 阀门Valve结果查看,从数据浏览器的Valve对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示出口压力等参数,5.5 阀门Valve例题,水的温度为25，压力为600kPa，流率为100m3/hr，流经一公称直径为6英寸的截止阀。阀门的规格为V500系列的线性流量阀，开度为30%。计算阀门的出口压力是多少？物性方法采用STEAM-TA。,5.6 管段Pip
18、e,管段Pipe计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。,已知入口压力，管段Pipe可计算出口压力；已知出口压力，管段Pipe可计算入口压力并更新入口物流的参数。,管段参数（Pipe parameters）长度（Length）、直径（Diameter）、高度（Elevation）和粗糙度（Roughness）传热规定（Thermal Specification）恒温（Constant temperature）、线性温度分布（Linear temperature profile）、绝热（Adiabatic）和热衡算（Perform energy balance）管件参数（Fittings）连
19、接形式（Connection type）、管件数目（Number of fittings）和其余当量长度（Miscellaneous L/D）,5.6 管段Pipe模块参数（1）,5.6 管段Pipe模块参数（2）,管段参数（Pipe parameters）,5.6 管段Pipe,传热规定（Thermal Specification）,5.6 管段Pipe,管件参数（Fittings）,5.6 管段Pipe结果查看,从数据浏览器的Pipe对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示压降等参数。,流率为4000kg/hr，压力为600kPa的饱和水蒸汽流经1144的管道。管道长25
20、m，出口比进口高6m，粗糙度为0.05mm，传热系数为20W/m2K。管道采用法兰连接，安装有闸阀1个，90肘管2个，环境温度为22。计算出口蒸汽的压力、温度以及管道的热损失各是多少？物性方法采用STEAM-TA。,5.6 管段Pipe例题,管线系统Pipeline用来模拟多段不同直径或倾斜度的管段串联组成的管线。,5.7 管线系统Pipeline,结构配置（Configuration）,5.7 管线系统Pipeline模块参数（1）,计算方向（Calculation direction）管段几何结构（Segment geometry）热选项（Thermal options）物性计算（Prop
21、erty calculations）管线流动基准（Pipeline flow basis）,连接状态（Connectivity）串联管线中每个管段结构参数及管段间连接参数,5.7 管线系统Pipeline模块参数（2）,结构配置（Configuration）,连接状态页面：Connectivity,5.7 管线系统Pipeline模块参数（3）,在弹出的管段数据(Segment data)对话框中逐段输入每一管段的长度、角度、直径、粗糙度，或者节点坐标(Node coordinates)、直径、粗糙度。,5.7 管线系统Pipeline模块参数（4）,5.7 管线系统Pipeline模块参数（5）,完成后的页面如下：,5.7 管线系统Pipeline查看结果（1）,从数据浏览器的Pipeline对象下选择Results|Summary查看结果,每个节点处的结果,5.7 管线系统Pipeline查看结果（2）,流率为80m3/hr，温度为40，压力为400kPa的水流经1144的管线，管内壁粗糙度为0.05mm。管线首先向北延伸10m，再向东5m，再向南10m，然后升高5m，再向东5m。计算管线的出口压力是多少？物性方法采用STEAM-TA。,5.7 管线系统Pipeline例题,
