Программа "Гидросистема"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Программа «Гидросистема»

Содержание

1. Общие понятия и ограничения для составления расчетной схемы в программе «Гидросистема»

2. Сопротивление с известным коэффициентом сопротивления и с известным перепадом давления

3. Возможности программы «Гидросистема»

4. Исходные данные для расчетов

5. Типы расчетов

5.1 Расчет потерь давления

5.2 Расчет расходов

5.3 Расчет диаметров (проектный расчет)

5.4 Двухфазный расчет

6. Модуль «строительная климатология»

1. Общие понятия и ограничения для составления расчетной схемы в программе «Гидросистема»

Понятие расчетной схемы, т.е. модели трубопровода, по которой будет производится расчет, очень важно при проведении ЛЮБОГО РАСЧЕТА в ЛЮБОМ расчетном программном обеспечении. Расчетная схема характеризуется особенностями проводимого расчета и объекта, но, практически в любом случае, расчетная схема имеет свои отличия от чертежа, обусловленные особенностями проводимого расчета.

Расчетная схема для гидравлического расчета более простая, чем, скажем, для прочностных расчетов трубопроводов, но при этом имеет ряд особенностей, о которых будет сказано ниже.

· Расчетная схема по расчету ЛЮБЫХ трубопроводных систем подразделяется на три расчетных модели:

1. Модель длинных трубопроводов - эта расчетная модель не учитывает местные потери напора на геометрических (отводы, переходы), а иногда - и на механических (запорная арматура) местных сопротивлениях, поскольку они весьма малы по сравнению с потерями напора по длине. Обычно, в этом случае на местные сопротивления может идти надбавка (в размере 5-10%) от потерь напора по длине. Эта модель применима для длинных трубопроводов с небольшими скоростями движения жидкости (до 3-5 м/с), и небольшим количеством местных сопротивлений (системы нефтепроводов, водопроводов, теплосетей и т.п.). Данный расчет может быть применим, если длинна трубопровода более 1000 его диаметров.

2. Модель коротких трубопроводов - эта расчетная модель наряду с потерями напора по длине учитывает и ВСЕ местные потери напора на всех (геометрических и механических) местных сопротивлениях. Эта модель применяется для небольших трубопроводов сложной геометрической конструкции, либо для любых трубопроводов с высокими скоростями движения жидкости (газа) (более 3-5 м/с).

3. Модель истечения из насадков - т.е. из коротких трубопроводов, длинной до 8 диаметров. В этом случае потери напора по длине трубопровода не учитываются, и все потери вычисляются как сумма местных потерь напора.

Программа «Гидросистема» может проводить расчет трубопроводов ТОЛЬКО по расчетной модели 1 и 2.

· Расчетная схема включает в себя расчет местных сопротивлений, расчет потерь напора по длине и на местных сопротивлениях, и расчет действия силы тяжести. Причем, расчет потерь напора (и по длине и на местных сопротивлениях) не учитывает геометрию трубопровода, а учитывает только его некоторые особенности, материал, характеристики движения жидкости (газа), тип жидкости (газа), и т.п. Т.е., для расчета трубопроводной системы вы должны знать и задать длины участков, но, при этом расчет совершенно не принимает во внимание их ориентацию в горизонтальной плоскости. Чего нельзя сказать о расположении трубопровода в вертикальной плоскости, где сказывается действие силы тяжести, которая тоже входит в расчет. Т.о., в горизонтальной плоскости трубопровод можно располагать как угодно, а в вертикальной плоскости необходимо ТОЧНО задавать все подъемы и опуски в трубопроводе.

· Расчетная схема учитывает только расчет НЕЗАВИСИМЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ, т.е. сопротивлений, находящихся на расстоянии, достаточном, что бы поток между сопротивлениями успокаивался, т.е. избавлялся от местных неравномерностей движения, вихревых областей и т.п., и приходил на второе по ходу движения сопротивление уже в состоянии близком к равномерному движению. Это условие не выполняется, и поток приходит на сопротивление «не успокоенным», то одно гидравлическое сопротивление как бы «накладывается» на другое, и в результате потери напора на втором по ходу потока сопротивлении сильно возрастают (иногда до 5 раз). Для движения газовых сред, а также - для систем с ламинарным типом движения жидкости это замечание не существенно, но при движении жидкостей и турбулентным режимом движения для соблюдения этого условия требуется, что бы расстояние между сопротивлениями было не менее 5 диаметров трубопровода. Исключения из этого правила: два однотипных сопротивления, следующих друг за другом и ЛЮБОЕ геометрическое сопротивление после тройника в проходе.

· Расчетные зависимости, используемые в ПО «Гидросистема» могут применяться только для гидравлических расчетов потоков, движущихся с дозвуковой скоростью. Для расчета околозвуковых и сверхзвуковых потоков ПО «Гидросистема» неприменима.

· Программа «Гидросистема» позволяет рассчитывать ТОЛЬКО напорные трубопроводы. Причем иногда даже опытные инженеры подменяют понятия «напорный трубопровод» и «трубопровод с насосом».

Напорный трубопровод. Штриховкой обозначена область, заполненная жидкостью

Безнапорный трубопровод. Штриховкой обозначена область, заполненная жидкостью

Напорными называются трубопроводы, все поперечное сечение которых заполнено жидкостью (смоченный периметр и периметр трубопровода совпадают). Однако, такие трубопроводы бывают не только с насосом.

2. Сопротивление с известным коэффициентом сопротивления и с известным перепадом давления

В ПО «Гидросистема» встречаются два схожих понятия: «сопротивление с известным перепадом давления» и «сопротивление с известным коэффициентом сопротивления», которые, тем не менее, имеют существенные отличия. Для того, что бы разобраться в сути отличий, необходимо отметить, что потери напора на ЛЮБОМ механическом местном сопротивлении, будь то отвод, запорная арматура, диафрагма и т.п., рассчитываются по формуле:

где потери напора на сопротивлении, - коэффициент местного сопротивления, который зависит ТОЛЬКО ОТ ТИПА СОПРОТИВЛЕНИЯ. Т.е. потеря напора на таком сопротивлении будет зависеть не только от типа сопротивления, но и от скорости потока на нем. Задавать перепад давления на таких устройствах нецелесообразно, т.к. потери напора могут меняться с изменением скорости. В этом случае лучше задавать потери сопротивления при помощи коэффициента сопротивления , который выбирается по справочникам из базы данных.

Однако, существует отдельный достаточно большой класс регулирующей арматуры, которая обладает способностью (за счет пережима-отпуска потока, в зависимости от его скорости) поддерживать постоянные потери напора на элементе, вне зависимости от скорости потока. Для такого рода устройств можно применять сопротивление с известным перепадом давления, где прямо задаются потери напора на сопротивлении, вне зависимости от скорости потока на нем.

3. Возможности программы «Гидросистема»

Программа «Гидросистема» предназначена для проведения гидравлических (изотермических и тепловых) расчетов простых и сложных (в том числе - замкнутых) трубопроводов.

Программа позволяет рассчитывать потери напора на участках трубопроводов, расход через заданные участки, и диаметры каждого участка.

В программе существует три отдельных типов расчета:

- Расчет потерь давления

- Расчет расходов

- Расчет диаметров (проектный расчет)

- Расчет движения двухфазных сред (2Ф расчет)

4. Исходные данные для расчетов

Для всех типов расчетов, проводимых в программе «Гидросистема», необходимо задание следующих исходных данных:

· Абсолютная шероховатость (мм.) - шероховатость стенок трубопровода - выбирается в зависимости от типов трубопроводов, и может колебаться от 0,001 до 2-5 мм. По умолчанию шероховатость устанавливается на уровне 0,2 мм., что соответствует новым стальным трубопроводам.

· Задание единиц измерения расходов - может быть м3/час и кг/час.

· Задание названия проекта.

· Задание фазы и типов веществ. Программа позволяет рассчитывать гидравлику многокомпонентных жидкостей. Для задания многокомпонентной жидкости (газа) необходимо задание ее массового или объемного состава или явное задание свойств (зависимости плотности, вязкости, теплопроводности, давления насыщ.паров от температуры). Программа Гидросистема может проводить расчет также двухфазных смесей (случай «жидкость+газ). Для проведения подобных расчетов необходим модуль «Гидросистема 2Ф».

· Задание среды расположения трубопровода (для теплового расчета).

· Задание типа расчета.

· В случае подземной прокладки трубопровода - задание типа грунта (для теплового расчета).

гидросистема программа давление сопротивление

5. Типы расчетов

5.1 Расчет потерь давления

Расчет потерь давления проводится по следующим известным характеристикам: расход, диаметр, шероховатость, тип жидкости (из него по БД ПО «Гидросистема» выбирается плотность вязкость, теплопроводность и т.п.).

Расчет возможен в двух вариантах - изотермический и тепловой. Первый предполагает температуру транспортируемой жидкости (газа) неизменной, второй подразумевает изменение температуры транспортируемой жидкости (газа) (и как следствие изменение его свойств) вследствие контакта (теплового) с окружающей средой. В случае теплового расчета возможно задание тепловой изоляции трубопроводов.

ОГРАНИЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ при тепловом расчете возможно задание только массовых (кг/час) расходов. В случае изотермического расчета возможно задание и массовых (кг/час) и объемных (м³/час) расходов.

Расчет потерь давления проводится по следующим зависимостям:

Где коэффициент гидравлического трения - для турбулентного режима, которые рассчитываются по формулам Альтшуля для доквадратичной области сопротивления и по формуле Шифринсона для квадратичной области сопротивления. Для ламинарного режима движения . Разграничение режимов движения программа производит автоматически по числу Рейнольдса 3000 (для воды).

Для изотермического расчета все остальные расчетные характеристики потока (не трубопровода!) - скорость, плотность, вязкость - полагаются неизменными. Для теплового расчета полагаются изменения данных характеристик в связи с изменением температуры транспортируемой жидкости. В случае Ньютоновских жидкостей отличие расчетных значений изотермического и теплового расчетов отличаются на 1-2%, однако в случае неньютоновских жидкостей, а также (в особенности!) газов - отличия расчетных значений могут возрасти!

В тепловом расчете также в результате расчетов можно будет получить температуру перекачиваемой жидкости (газа) на каждом участке трубопровода, а также теплопотери на каждом участке.

Для проведения подобного расчета необходимо задать следующие данные (расход, температуру, шероховатость, диаметры каждого участка, давления в начальных или конечных точках трубопровода. Задание давлений в начальных (конечных) точках промежуточных ветвей необязательно.

В результате расчета программа выдаст давление в начале и конце каждой ветви или участка.

5.2 Расчет расходов

Расчет расходов проводится по следующим известным характеристикам: потери давления, диаметр, шероховатость, тип жидкости (из него по БД ПО «Гидросистема» выбирается плотность вязкость, теплопроводность и т.п.).

Расчет возможен в двух вариантах - изотермический и тепловой. Первый предполагает температуру транспортируемой жидкости (газа) неизменной, второй подразумевает изменение температуры транспортируемой жидкости (газа) (и как следствие изменение его свойств) вследствие контакта (теплового) с окружающей средой. В случае теплового расчета возможно задание тепловой изоляции трубопроводов.

ОГРАНИЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ при тепловом расчете возможно задание только массовых (кг/час) расходов. В случае изотермического расчета возможно задание и массовых (кг/час) и объемных (м³/час) расходов.

Расчет проводится методом последовательных приближений по расчетным зависимостям представленным в предыдущем пункте с условием известных потерь давления на каждой ветви и неизвестных скоростей. В случае наличия тройниковых соединений в трубопроводе расходы могут быть пересчитаны в зависимости от конечных давлений на каждом участке (при нажатой клавише перерасчет расходов).

В результате расчета программа выдаст расход, а также - скорость движения жидкости (газа) в каждой ветви трубопровода.

5.3 Расчет диаметров (проектный расчет)

Расчет расходов проводится по следующим известным характеристикам: потери давления, расход на каждой ветви трубопровода, шероховатость, тип жидкости (из него по БД ПО «Гидросистема» выбирается плотность вязкость, теплопроводность и т.п.).

Расчет возможен в только в одном варианте - изотермический.

ОГРАНИЧЕНИЕ: при применении данного расчета установка переходов невозможна!

Расчет проводится методом последовательных приближений по расчетным зависимостям представленным в предыдущем пункте с условием известных потерь давления на каждой ветви и известных скоростей. При проведении расчета диаметры трубопровода округляются в большую сторону до ближайшего сортаментного значения. В этом случае программа не сможет точно увязать потери давления и придти к тем давлениям, которые указаны пользователем (перепад потерь давления при этом будет меньше, чем перепад давлений указанный пользователем). Всвязи с этим программа может пересчитать расходы на каждом расчетном участке (окно «перерасчет расходов» активно) или при заданных расходах пересчитать потери давления (окно «перерасчет расходов» неактивно).

В результате расчета программа выдаст диаметр каждой ветви трубопровода, а также - пересчитанные расходы жидкости (газа) на каждой ветви трубопровода или пересчитанные потери давления на каждой ветви.

В данном расчете возможно возникновение ошибки «превышение числа итераций». В этом случае необходимо провести поверочный расчет по чуть измененным давлениям или расходам, получить значение диаметров, и провести расчет по известным диаметрам и неизвестным потерям давления.

5.4 Двухфазный расчет

Расчет гидравлики двухфазных смесей (жидкость и газ) представляет большую сложность, нежели расчет движения однофазных сред. Двухфазные потоки делятся на консервативные (массообмена между фазами не происходит) и неконсервативные (происходит массообмен между фазами). Массообмен в неконсервативных потоках происходит в первую очередь за счет изменения температуры смеси (охлаждение или нагрев), поэтому в программе гидросистема все расчеты двухфазных смесей проходят только в режиме теплового расчета! Изотермический двухфазный расчет невозможен!

Надо сказать, что изменение фазности смеси очень сильно влияет на тип движения смеси в трубопроводе, и, как следствие, на гидравлические характеристики.

Существует три основных типа движения двухфазных жидкостей:

Пузырьковый - при этом типе движения из фаз равномерно распределена в виде пузырьков по сплошному объему второй фазы. Данная фаза характерна небольшим процентом «пузырьковой» фазы.

Кольцевой - Фазы в потоке уже разделены, но движение потоков жидкой и газообразной фаз связаны. В таком потоке образуется «ядро» из фазы, объемная доля которой в данном сечении больше. В пристеночном слое наблюдается движение фазы, объемная доля которой в данном сечении меньше

Расслоенный - фазы в потоке окончательно разделяются и движутся отдельно друг от друга. В горизонтальных трубопроводах в таком потоке жидкая фаза, как наиболее тяжелая, собирается внизу трубопровода, а газообразная фаза остается в верхней части.

Все эти три типа последовательно переходят один в другой при увеличении той или иной фазы в потоке.

Для всех типов течений характерны разные характеристики движения потока и разные методики расчетов. В программе гидросистема внедрены различные наиболее современные методики расчета двухфазных сред, такие как:

Методики определения потерь давления на трение

Методики определения потерь давления на местных сопротивлениях

Дополнительно надо указать, что для расчета двухфазных потоков необходимо учитывать несколько другие свойства перемещаемых сред, нежели для расчета однофазных потоков. Поэтому применение библиотеки «свойства продукта» для задания свойств двухфазных потоков невозможно. Необходимо пользоваться дополнительными библиотеками, например библиотекой свойств «СТАРС».

6. Модуль «строительная климатология»

Данный модуль поставляется только при установке модуля «Тепловой расчет».

При применении данного модуля возможно получение климатической справки о любом городе РФ, внесенных в список городов с СНиП 21-02-99 «Строительная климатология». Параметры окружающей среды выдаются отдельно для холодного и теплого периодов года.

Размещено на Allbest.ru