Сопротивление с известным перепадом давления и/или температуры

Для добавления сопротивления с известным перепадом давления и/или температуры нажмите кнопку добавления аппарата Панели элементов и выберите тип аппарата "Сопротивление" (или используйте соответствующий пункт меню "Вставка - Сопротивление - Аппарат"). Обратите внимание, что новый элемент добавляется в дерево проекта после выделенного в настоящий момент объекта. Поэтому для добавления нового элемента после какого-то из существующих, выделите его в дереве проекта или на схеме и добавьте новый участок. Если нужно добавить новый элемент в начало ветви, выделите в дереве проекта данную ветвь и добавьте новый участок.

Сопротивление с известным перепадом давления и/или температуры используется для моделирования самых различных элементов схемы трубопровода (чаще всего различного оборудования вроде теплообменников, фильтров и т.д.), для которых в явном виде известны или могут быть найдены в справочной литературе/паспорте возникающие на них перепады давления и/или изменение температуры продукта.

После добавления сопротивления с известным перепадом давления и/или температуры в Окне параметров объекта отобразятся его характеристики.

• наименование - по умолчанию название любого сопротивления совпадает с его типом, однако при необходимости наименование можно поменять в данном поле. При изменении типа сопротивления (при выборе различных типов аппаратов) его наименование также поменяется, но только в том случае, если оно не было ранее изменено на другое вручную. Укажите такое наименование, которое вы бы хотели видеть для данного элемента в отчетах с результатами расчета. Для отображения наименования элемента трубопровода на схеме нажмите соответствующую кнопку справа от его наименования;

• перепад давлений - в это поле задается разница между давлением на входе и давлением на выходе из данного элемента. Обратите внимание, что данная разница может быть как положительной, что трактуется как потеря давления на элементе, так и отрицательной, что соответствует увеличению давления на данном элементе. Таким образом, элемент "Сопротивление с известным перепадом давления и/или температуры" можно использовать для моделирования не только собственно сопротивлений, но и насосов, компрессоров и других устройств, повышающих напор перекачиваемой среды (задавая в качестве перепада давлений их напор со знаком минус). Однако, важно понимать, что такой способ задания подходит только в случаях, когда рабочая точка насоса/компрессора заранее известна (к примеру, расход через насос регулируется каким-либо регулирующим устройством) или же когда напор не зависит или слабо зависит от расхода перекачиваемой среды. Если же рабочая точка насос неизвестна, то для ее определения и для корректного моделирования работы данного насоса необходимо использовать элемент насос, для которого следует ввести расходно-напорную характеристику;

• перепад температур/температура за аппаратом - в это поле задается, в зависимости от выбранного положения переключателя, разница между температурой потока на входе и температурой на выходе из данного элемента или температура потока на выходе из данного элемента. По аналогии с перепадом давлений, положительный перепад температур на элементе соответствует остыванию продукта, отрицательный - нагреванию.

Обратите внимание, что для сопротивления с известным перепадом давления и/или температуры не обязательно задавать и перепад давлений, и перепад температур. Если данное сопротивление используется для моделирования какого-то аппарата, на котором происходит изменение температуры продукта, но потери давления на нем пренебрежимо малы, то можно задать только перепад температур и оставить равным нулю перепад давлений. И наоборот, если на аппарате возникают потери давления, а изменением температуры можно пренебречь, то перепад давлений задается, перепад температур оставляется равным нулю.  

• количество - данный параметр для сопротивлений с известными характеристиками, как правило, не используется. Его используют для других элементов трубопровода (к примеру, для арматуры) при моделировании нескольких одинаковых элементов. В этом случае можно ввести количество данных элементов в это поле и при расчете гидравлические сопротивления на данном элементе будут умножаться на указанную величину. Для сопротивлений с известным перепадом давления задавать "N сопротивлений по M килопаскалей" не имеет смысла, так как для него можно просто указать общий перепад давления N*M.

В случае расчета жидкого продукта, для которого было выбрано явное задание свойств, но при этом не была задана таблица зависимости свойств от температуры, для сопротивления с известным перепадом давления и/или температуры потребуется также указать в соответствующих полях свойства продукта (плотность и вязкость) после данного сопротивления. Для других способов задания продукта это не потребуется.

Обратите внимание, что с гидравлической точки зрения сопротивления с известными характеристиками рассматриваются как "точечные" (или "сосредоточенные") сопротивления, не имеющее длины/ширины/высоты. Поэтому если необходимо учесть размеры данного элемента на схеме, можно смоделировать их как участок трубы с соответствующей длиной и ориентацией в пространстве. Однако, это имеет смысл делать только в случаях, если:

• сопротивление имеет большую длину, за счет которой возникают значительные потери на трение (не учтенные в величине самого сопротивления), которыми нельзя пренебречь;

• сопротивление располагается в вертикальной или наклонной по отношению к вертикали плоскости – в этом случае важно учитывать возникающий на нем гидростатический перепад давлений (опять же, если он уже не учтен в величине самого сопротивления);

• сопротивление находится в замкнутом контуре (чтобы схема выглядела "красиво", без разрывов).

В остальных случаях размерами сопротивлений с известными параметрами, как правило, пренебрегают.

Примечание: следует помнить, что гидравлическое сопротивление практически любого устройства/элемента трубопровода (за редкими исключениями) зависит от скорости проходящего через него продукта (а следовательно, от величины расхода продукта). Поэтому при задании сопротивления с известным перепадом давления прежде всего убедитесь, что задаваемый вами перепад давления соответствует тем условиям (расходу и параметрам продукта), которые моделируются в данном трубопроводе. Не редки случаи, когда в паспорте, к примеру, теплообменного аппарата, указывается некий "номинальный" перепад давления, который возникает при прохождении через данный теплообменник какой-либо "стандартной" жидкости (чаще всего воды) с некоторым номинальным расходом. Важно понимать, что при перекачке продукта с другими свойствами (к примеру, не воды, а другого продукта или продукта с другой температурой) и/или другим расходом, перепад давления на данном теплообменнике будет совсем другим. Поэтому задавать "паспортный" перепад давления для моделирования данного аппарата будет некорректно.

Кроме того, использовать элемент "Сопротивление с известным перепадом давления..." следует только в тех ветвях трубопровода, в которых расход продукта является известной в расчете величиной (к примеру, в трубопроводе установлен регулирующий клапан, поддерживающий данный расход в этой ветви или данная ветвь является начальной/конечной ветвью трубопровода и для нее в качестве граничного условия задан известный расход продукта). Если граничные условия для гидравлического расчета заданы таким образом, что расход в данной ветви неизвестен (к примеру, это промежуточная ветвь трубопровода или же в начальном/конечном узле данной ветви задано давление), то использовать в такой ветви "Сопротивление с известным перепадом давления..." категорически не рекомендуется, так как заданный на данном элементе перепад давления в расчете будет рассматриваться постоянным (то есть, одинаковым вне зависимости от того, какой расход установится на данной ветви). А это совершенно не соответствует поведению реального устройства (моделируемого с помощью данного элемента), перепад давления на котором будет различным при разных расходах. И в лучшем случае это может привести к значительной погрешности в расчете, в худшем - к проблемам со сходимостью расчета. Второе особенно характерно для случаев задания "нефизичного" значения перепада давления на элементе - к примеру, если для элемента задан такой перепад давления, который может возникать только при очень-очень высоких значениях расхода, которых в данной ветви не может быть (более подробно такие случаи разбираются тут). Поэтому в таких случаях (когда расход через данный элемент не фиксирован) рекомендуется вместо "Сопротивления с известным перепадом давления..." использовать элемент "Сопротивление с известным коэффициентом сопротивления". Величину коэффициента местного сопротивления моделируемого устройства/аппарата можно либо найти в справочной литературе/паспорте данного аппарата/устройства, либо сосчитать через перепад давления по известной формуле Вейсбаха Δp=ζρw2/2, где ρ и w – соответственно, плотность и скорость движения продукта, Δp - перепад давлений, ζ - коэффициент местного сопротивления.

Выбор насоса по Spaix

Если сопротивление с известным перепадом давления и/или температуры используется для моделирования насоса (то есть, задан перепад давлений, соответствующий напору насоса со знаком минус), то после выполнения расчета трубопровода можно запустить выбор насоса, подходящего для данных условий перекачки, с помощью программы Spaix.

Для этого необходимо выполнить расчет (изотермический или тепловой) трубопровода, после чего в Окне параметров объекта для данного сопротивления появится кнопка "Выбор насоса по Spaix…", при нажатии на которую запустится приложение “Spaix 4 Pumps” (если оно установлено на компьютере) для выбора насоса. Все необходимые сведения для выбора насоса (требуемый напор, подача, свойства перекачиваемого продукта и т.д.) будут автоматически переданы в Spaix:

В Spaix пользователю будет необходимо выбрать производителя и предпочитаемый тип насоса, после чего по нажатию на кнопку Дальше будут показаны все подходящие насосы данного типа. Если подходящих для данных условий насосов в этой категории не окажется, Spaix сообщит об этом в соответствующем окне (в этом случае нажмите кнопку Дальше, чтобы вернуться к выбору производителя и типа насоса):

При наличии подходящих насосов их перечень с основными характеристиками отобразится в соответствующем окне:

Здесь нужно выбрать желаемый насос и при необходимости настроить параметры его конфигурации. После подтверждения выбора насоса в Spaix, его параметры (расходно-напорная и кавитационная характеристика, границы рабочей зоны, изготовитель насоса и т.д.) будут переданы в Гидросистему. Данное сопротивление с известным перепадом давления будет преобразовано в аппарат типа насос и будет повторно проведен расчет трубопровода с подобранным насосом. Для отмены выбора насоса и возврата к исходному сопротивлению с заданным перепадом давления используйте команду Отмена меню Правка или Панели редактирования.

Более подробную информацию о работе Spaix 4 Pumps смотрите в документации/справке по данной программной системе.