GAS MODULE AND COMPRESSIBLE FLOW

Popis

Umožňuje používateľom vykonávať návrh a analýzu zložitých plynových systémov. Ponúka špecifické možnosti pre výpočet plynu stavovými rovnicami (teplota, tlak, hmotnosť), ktoré sú presné pri nízkych alebo aj vysokých rýchlostiach prúdenia  v potrubnom systéme.

• Modul má takisto zabudovanú samo detekciu škrtenia prietoku na jednotlivých miestach potrubnej siete.
• Vytvorenie špecifickej plynnej zmesi miešaním jednotlivých plynov, ktoré ponúka samotná datábaza programu.
• Prietok plynov je vo fluidflow charakterizovaný pri NTP a STP a reálnych podmienkach. Pričom NTP 20 °C a 101 325 Pa, STP je 0 °C a 101 325 Pa a reálne sú podmienky zadané.

Na výpočet toku nestlačiteľnej Newtonovskej tekutiny v potrubí sa straty trením počítajú Darcy-Weisbachovým vzťahom ΔPtrením = 0,5.fD.L.ρ.v²/D. Pre tok stlačiteľných látok (plyny a pary) v potrubí nie je možné použiť tento vzťah pretože rýchlosť aj hustota sa mení s tokom pozdĺž potrubia. Pre prietok plynu nie je trecia strata nikdy rovná celkovým stratám, pretože rýchlosti a hustoty na vstupe a výstupe sú vždy odlišné. Častý prístup uvádzaný v literatúre je usudzovať a použiť podmienky pre ideálny plyn a to tak že je z nich možné vyvodiť analytické rovnice. Keďže v reálnych podmienkach nie je možné zjednodušovať takouto metódou postup výpočtu Fluidflow používa postup, ktorým sa vyrieši zákon zachovania (conservation equation) spolu so stavovou rovnicou pre malé nárastky potrubia (pipe increments). Znamená to, že nemôžeme dosiahnuť analytické vyjadrenie pre stratu trením v potrubí. Na lepšie pochopenie slúži nasledujúcu popis:

1. Prírastok potrubia je zvolený na základe malej zmeny v kvapaline v závislosti od hustoty ρ₁ a ρ₂
2. Nasledujúce predbežné (upstream) vlastnosti sú vypočítané:

-Rýchlosť v1 = G/ρ₁

-Statický tlak P1

-Statická teplota T1 = T⁰₁ – 0,5.v₁²/C_p1

-Predbežná ustálená entalpia sa získa zo stavovej rovnice, poznaním predbežnej ustálenej (stagnačnej) teploty T₀ a tlaku p₀

3. Výsledná (downstream) stagnačná entalpia je vypočítaná (prenos tepla je zahrnutý v tejto fáze). Z vypočítanej stagnačnej entalpie je vypočítaná výsledná statická teplota T₂
4. Z teploty T₂ a hustoty ρ₂ je znova prepočítaná stavová rovnica aby sa získal výsledný statický tlak p₂. Fluidflow môže použiť Peng Robinson, Benedict Webb Rubin alebo Lee Kesler stavové rovnice na tento výpočet.
5. Prírastok v rovnici zachovania energie je použitý na výpočet dĺžky daného segmentu potrubia nasledovne:

ΔLsegment = (p1 – p1 – 2.D.ρAv.G2/(1/ρ1 – 1/ρ2)) / (fD.G2)

6. Kroky 1 – 5 sa opakujú dovtedy dokým sa nedosiahne koniec potrubia.

Korekcie viskozity:

Pri čerpaní Newtonovskej kvapaliny s viskozitou vyššou ako má voda, je nutné upraviť výkon čerpadla. Skúška čerpadla a výkonnostné dáta sú vždy založené na čistej vode. Účinky zvyšujúcej sa viskozity sa značne prejavujú a pri kvapaline s viskozitou 100 cP sa dopravná výška a tok výrazne znižujú, ale najväčší účinok sa prejavuje na účinnosti čerpadla, ktorý môže poklesnúť aj o viac ako 50%. Má to najväčší dopad na veľkosti motora a napájanie čerpadla. 1 cP (Poiseeiulle) dynamická viskozita =
1 mPa.s = 0,001 Pa.s-1 = 0,001 kg.m-1.s-1 – ak je kvapalina vložená medzi dve dosky s dĺžkou 1 meter a jedna doska sa pohybuje do strany (boku) so šmykovým napätím 1 Pa a rýchlosťou x m.s-1, tak má viskozitu 1/x Pa.s-1. Voda pri 20°C = 1,002 mPa.s a motorový olej 250 mPa.s.

Tlaková strata v rotačnom kolese a difúzorovom kanáli odstredivých čerpadiel, trenie obežného kolesa a vnútorné straty závisia do značnej miery od viskozity. Z toho dôsledku charakteristiky čerpadiel odvodené pre vodu strácajú svoj význam pri čerpaní olejov alebo iných kvapalín s odlišnými viskozitami. Čím je teda vyššia viskozita kvapalina v porovnaní s vodou, tým vyššia je strata dopraveného množstva, menšia dopravná výška čerpadla s pôvodným príkonom čerpadla. Z tohto hľadiska sa najúčinnejším riešením uvádza zníženie pretečeného množstva a zvýšenie príkonu pre čerpadlo, oproti použitiu čerpadla s vodou.

Pre zmenu charakteristiky čerpadla pre kvapaliny s odlišnou viskozitou sa upravené hodnoty aplikujú na krivku vody. Metóda korekcie sa stanoví podľa normy udávanej knihou Standards of the Hydraulics Institute, New York, USA, 14th Edition 1983. Fluidflow zahŕňa túto korekciu pod nastavením v nastaveniach/výpočty/všeobecné nastavenia. Treba ale poznamenať, že túto korekciu je možné aplikovať len na konci sania odstredivého čerpadla a nesmie sa použiť ak sa jedná o čerpanie neNewtonovskej kvapaliny alebo nesedimentačnej kvapaliny.

Možnosti využitia:

• Parné distribučné systémy
• Systémy na zberanie plynu a jeho distribúciu
• Systémy so zemným plynom
• Systémy so spalinami
• Tlakové systémy a potrubia