第第7 7讲讲 ASPEN PLUSASPEN PLUS压力改变压力改变模块的模拟模块的模拟1流体输送模型(Pressure Changers)的分类1.泵泵Pump2.压缩机压缩机Compr3.多级压缩机多级压缩机MCompr4.阀门阀门Valve5.管道管道Pipe6.管线管线Pipeline2Pump 泵模型1、泵（、泵（Pump)2、水轮机（、水轮机（Hydraulic Turbine)Pump 模型用于模拟泵和水模型用于模拟泵和水轮机两种单元设备轮机两种单元设备3Pump 模型参数 PumpPump 模型有五种工作方式：模型有五种工作方式：指定模型参数指定模型参数 计算计算结果参数参数排出压力排出压力所需（产）功率所需（产）功率压力增量压力增量所需（产）功率所需（产）功率压力比率压力比率所需（产）功率所需（产）功率所需（产）功率所需（产）功率排出压力排出压力特性曲线特性曲线所需（产）功率所需（产）功率4 最最简简单单的的用用法法是是指指定定出出口口压压力力(Discharge pressure)， 并并 给给 定定 泵泵 的的 水水 力力 学学 效效 率率 (Pump Efficiency)和和驱驱动动机机效效率率(Driver Efficiency)，计计算算得得到到出出口口流流体体状状态态和和所所需需的的轴轴功功率率和和驱驱动动机机电功率。电功率。5Pump 特性曲线 标准的设计方法是使用标准的设计方法是使用泵特性曲线(Performance curve)。特性曲线有三种输有三种输入方式：入方式：列表数据列表数据列表数据列表数据 Tabular DataTabular Data多项式多项式多项式多项式 PolynomialsPolynomials用户子程序用户子程序用户子程序用户子程序 User SubroutinesUser Subroutines列表数据是最常用的输入方式。输入方式。6Pump 特性曲线7Pump 特性曲线然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作转速下的单根曲线操作转速下的单根曲线 Single cueve at operating speed；2、参考转速下的单根曲线参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed；3、不同转速下的多条曲线不同转速下的多条曲线 Mutiple curves at different speeds .8在在Curve Data表单中输入具体数据表单中输入具体数据：1、特性曲线变量的单位、特性曲线变量的单位 Units of curve variables；2、每根曲线特性数据表、每根曲线特性数据表 如如 Head vs. flow tables；3、每根曲线的对应转速、每根曲线的对应转速 Curve speeds；9Pump 特性曲线在EfficienciesEfficiencies表单输入效率数据：表单输入效率数据：10Pump 特性曲线 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：11Pump QNPSHR 表 设计泵的安装位置时，应核算设计泵的安装位置时，应核算“允许汽允许汽蚀余量蚀余量” NPSHR N Net et P Positive ositive S Suction uction HHead ead RRequiredequired其中：其中：Hs 为允许吸上真空度为允许吸上真空度12在在NPSHR表单中输入表单中输入NPSHR数据数据13Pump NPSHA根据安装和流动情况可以算出泵进口处根据安装和流动情况可以算出泵进口处的的“有效汽蚀余量有效汽蚀余量” NPSHA N Net et P Positive ositive S Suction uction HHead ead AAvailablevailable在实际使用条件下，选择的泵应该满足在实际使用条件下，选择的泵应该满足14从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的PumpPump对象下选择对象下选择对象下选择对象下选择ResultsResults查看结果查看结果查看结果查看结果15Pump 示例 7.1 一水泵将压强为一水泵将压强为 1.5 bar 的水加压到的水加压到 6 bar，水的温度为，水的温度为 25 C，流量为流量为 100 m3/h。泵的效率为泵的效率为 0.68，驱动电机的效率为，驱动电机的效率为 0.95。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？率、以及电机消耗的电功率各是多少？16Pump 示例 7.2 一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为一离心泵输送流量为 100 m100 m3 3/hr/hr 的水，水的的水，水的的水，水的的水，水的压强为压强为压强为压强为 1.5 bar1.5 bar，温度为，温度为，温度为，温度为 25 25 C C。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：。泵的特性曲线如下：流量（流量（流量（流量（mm3 3/hr/hr） 70.0 90.0 109.0 120.070.0 90.0 109.0 120.0扬程（扬程（扬程（扬程（mm） 59.0 54.2 47.8 43.059.0 54.2 47.8 43.0效率（效率（效率（效率（%） 64.5 69.0 69.0 66.064.5 69.0 69.0 66.0求：求：求：求： 泵的出口压力泵的出口压力泵的出口压力泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴提供给流体的功率、泵所需要的轴 功率各是多少？功率各是多少？功率各是多少？功率各是多少？17Compr 压缩机模型1.多变离心压缩机多变离心压缩机（Polytropic Centrifugal Compressor)2.多变正排量压缩机多变正排量压缩机（Polytropic Positive Displacement Compressor)3.等熵压缩机等熵压缩机（Isentropic Compressor)4.等熵汽轮机等熵汽轮机（Isentropic Turbine)Compr 模型用于模拟四种单元设备18Compr 计算模型ComprCompr 模块提供八种计算模型：模块提供八种计算模型：标准等熵模型标准等熵模型标准等熵模型标准等熵模型 IsentropicIsentropicASMEASME等熵模型等熵模型等熵模型等熵模型 Isentropic using ASME methodIsentropic using ASME methodGPSAGPSA等熵模型等熵模型等熵模型等熵模型 Isentropic using GPSA methodIsentropic using GPSA methodASMEASME多变模型多变模型多变模型多变模型 Polytropic using ASME methodPolytropic using ASME methodGPSAGPSA多变模型多变模型多变模型多变模型 Polytropic using GPSA methodPolytropic using GPSA method分片积分多变模型分片积分多变模型分片积分多变模型分片积分多变模型 Polytropic using piecewisePolytropic using piecewise integration integration正排量模型正排量模型正排量模型正排量模型 Positive displacementPositive displacement分片积分正排量模型分片积分正排量模型分片积分正排量模型分片积分正排量模型 Positive displacement usingPositive displacement using piecewise integration piecewise integration19Compr计算模型20Compr 模型参数 ComprCompr 模型有五种工作方式：模型有五种工作方式：指定模型参数指定模型参数 计算计算结果参数参数排出压力排出压力所需（产）功率所需（产）功率压力增量压力增量所需（产）功率所需（产）功率压力比率压力比率所需（产）功率所需（产）功率所需功率所需功率排出压力排出压力特性曲线特性曲线所需（产）功率所需（产）功率21Compr模型参数221、等熵效率、等熵效率Isentropic Efficiency 对于压缩机对于压缩机 对于汽轮机对于汽轮机Compr 效率 ComprCompr 模型有三种效率：模型有三种效率：23Compr 效率2、多变效率、多变效率Polytropic Efficiency243、机械效率、机械效率Mechanical Efficiency 压缩机压缩机 汽轮机汽轮机Compr 效率25Compr 特性曲线压缩机也用特性曲线表征其工作性能。特性曲线有四种输入方式：有四种输入方式：列表数据列表数据Tabular Data多项式多项式Polynomials扩展多项式扩展多项式Extended Polynomials用户子程序用户子程序User Subroutines列表数据是常用的输入方式！输入方式！26Compr 结果查看从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的ComprCompr对象下选择对象下选择对象下选择对象下选择ResultsResults查看结果查看结果查看结果查看结果27Compr 示例示例 7.3 一压缩机将压强为一压缩机将压强为 1.1 bar 的空气加压的空气加压到到 3.3 bar，空气的温度为，空气的温度为 25 C，流量为流量为 1000 m3/h。压缩机压缩机的多变效率为的多变效率为 0.71，驱动，驱动机构的机械效率为机构的机械效率为 0.97。求：压缩机所需要。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？度和体积流量各是多少？28Compr 示例示例 7.47.4 一汽轮机用压强为一汽轮机用压强为 35 bar、温度为、温度为 435 C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为为 10 bar，蒸汽的，蒸汽的流量为流量为 10000 kg/h。汽轮汽轮机机的等熵效率为的等熵效率为 0.8，驱动机构的机械效率为，驱动机构的机械效率为 0.98。求：求：汽轮汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？口温度和体积流量各是多少？29MCompr 多级压缩机模型1.多级多变压缩机多级多变压缩机多级多变压缩机多级多变压缩机 （Multi-stageMulti-stage Polytropic Polytropic Compressor)Compressor)2.多级正排量压缩机多级正排量压缩机多级正排量压缩机多级正排量压缩机 （Multi-stageMulti-stage Positive Positive Displacement Compressor)Displacement Compressor)3.多级等熵压缩机多级等熵压缩机多级等熵压缩机多级等熵压缩机（Multi-stageMulti-stage Isentropic Isentropic Compressor)Compressor)MCompr 模型用于模拟三种单元设备30 MCompr 的模型参数有模型参数有级数级数 (Number of stages) 指定压缩机的级数。指定压缩机的级数。压缩机模型压缩机模型 (Compressor model) 有六种计算模型供选用。有六种计算模型供选用。设定方式设定方式 (Specification type) 指定压缩机的工作方式。指定压缩机的工作方式。31设定方式与设定方式与Compr模块有所不同：模块有所不同：指定末级排出压力指定末级排出压力 (Fix discharge pressure from last stage )指定每级排出条件指定每级排出条件 (Fix discharge conditions from each stage)用特性曲线确定排出条件用特性曲线确定排出条件 (Use performance curves to determine discharge conditions)32MCompr 特性曲线 多级压缩机特性曲线有三多级压缩机特性曲线有三种输入方式：种输入方式：列表数据列表数据Tabular Data多项式多项式Polynomials用户子程序用户子程序User Subroutines33MCompr 特性曲线 可可以以提提供供多多张张特特性性曲曲线线表表(Maps)，每每张张表表又又可可以以有有多多条条特特性性曲曲线线。多多级级压压缩缩机机的的每每一一级级可可以以有有多多个个叶叶轮轮(wheels)，可可以以为为每每个个叶叶轮轮选选用用不不同同的的特性曲线表、叶轮直径。特性曲线表、叶轮直径。34Valve 阀门模型阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。35阀门模型有三种应用方式（计算类型）阀门模型有三种应用方式（计算类型）1.绝热闪蒸到指定出口压力绝热闪蒸到指定出口压力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 对指定出口压力计算阀门流量系数对指定出口压力计算阀门流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 对指定阀门计算出口压力对指定阀门计算出口压力( (核算方式核算方式) ) Calculate outlet pressure for specified valve36Valve 阀门参数阀门类型阀门类型 (Valve type)：截止阀截止阀截止阀截止阀 ( (GlobalGlobal) )、 球阀球阀球阀球阀 ( (BallBall) )、蝶阀、蝶阀、蝶阀、蝶阀( (ButterflyButterfly) )厂家厂家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列系列/规格规格 (Series/Style): 线性流量线性流量线性流量线性流量 ( (linear linear flow flow) )、等百分比流量、等百分比流量、等百分比流量、等百分比流量 ( (equal percent flowequal percent flow) )尺寸尺寸 (Size)：公称直径：公称直径运用核算方式时，需输入以下参数：运用核算方式时，需输入以下参数：37Valve阀门参数38Valve阀门参数以及阀门开度以及阀门开度(Opening)：39Valve 计算选项检查阻塞流动检查阻塞流动检查阻塞流动检查阻塞流动 Check for choked flowCheck for choked flow计算空泡系数计算空泡系数计算空泡系数计算空泡系数 Calculate cavitation indexCalculate cavitation index设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力 Minimum outlet pressure:Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure Set equal to choked outlet pressure计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要40Valve计算选项41Valve 结果查看从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的ValveValve对象下选择对象下选择对象下选择对象下选择ResultsResults查看结果查看结果查看结果查看结果42Valve 示例 7.5 水水的的温温度度为为 30 C，压压强强为为 6 bar，流流量量为为 150 m3/h ，流流经经一一公公称称通通径径为为 8 英英寸寸的的截截止止阀阀。阀阀门门的的规规格格为为V500系系列列的的线性流量阀，阀门的开度为线性流量阀，阀门的开度为 20%。求：阀门出口的水压强是多少？求：阀门出口的水压强是多少？43Pipe 管段模型管段模型计算等直径、等坡度的一管段模型计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。段管道的压降和传热量。44Pipe 管段模型45管道参数表：管道参数表： Pipe parameters长度长度 Length直径直径 Diameter 内径内径内径内径/ /管道规格表管道规格表管道规格表管道规格表提升提升 Elevation 高度高度高度高度/ /上升角上升角上升角上升角粗糙度粗糙度 RoughnessPipe 管段参数46Pipe 管段参数47热参数设定表热参数设定表 Thermal specification 恒温恒温 Constant temperature 线性温度剖型线性温度剖型 Linear temperature profile 绝热（零热负荷）绝热（零热负荷） Adiabatic (zero duty) 热衡算热衡算 Perform energy balancePipe 热参数设定48Pipe 热参数设定49管件参数表单管件参数表单 Fittings 连接方式：连接方式： Connection type 法兰连接法兰连接法兰连接法兰连接/ /焊接焊接焊接焊接 Flanged/WeldedFlanged/Welded，螺纹连接，螺纹连接，螺纹连接，螺纹连接 ScrewedScrewed 管件数量：管件数量： Number of fittings 闸阀闸阀闸阀闸阀 Gate valvesGate valves，蝶阀，蝶阀，蝶阀，蝶阀 Butterfly valvesButterfly valves 9090度肘管度肘管度肘管度肘管 Large 90 degree elbowsLarge 90 degree elbows， 直行三通直行三通直行三通直行三通 Straight teesStraight tees，旁路三通，旁路三通，旁路三通，旁路三通 Branched teesBranched tees 其余当量长度：其余当量长度： Miscellaneous L/DPipe 管件参数50Pipe 结果查看从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的PipePipe对象下选择对象下选择对象下选择对象下选择ResultsResults查看结果查看结果查看结果查看结果51Pipe 结果查看计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形( (ProfilesProfiles) )52Pipe 示例 7.6 流流量量为为 5000 kg/h，压压强强为为 7 bar的的饱饱和和水水蒸蒸汽汽流流经经 108 4 的的管管道道。管管道道长长 20 m，出出口口比比进进口口高高 5 m，粗粗糙糙度度为为 0.05 mm。管管道道采采用用法法兰兰连连接接，安安装装有有闸闸阀阀 1 个个，90 肘肘管管 2 个个。环环境境温温度度为为 20 C，传传热热系系数数为为 20 W/m2 K。求求：出出口口处处蒸蒸汽汽的的压压强强、温温度度和和含含水率，以及管道的热损失各是多少？水率，以及管道的热损失各是多少？53Pipeline 管线模型管线模型计算由多段管道串联组成管线模型计算由多段管道串联组成的一条管线的压降。的一条管线的压降。54Pipeline管线模型55在结构表在结构表(Configuration)中输入以下参数中输入以下参数 计算方向计算方向 Calculation direction 管段结构管段结构 Segment geometry 传热选项传热选项 Thermal options 物性计算物性计算 Property calculations 流动基准流动基准 Pipeline flow basisPipeline 管线参数56Pipeline管线参数57连接状态表：连接状态表： Connectivity 在弹出的管段数据在弹出的管段数据(Segment data)对话框中逐段输入每一管段的对话框中逐段输入每一管段的长度、角度、直径、粗糙度，或者长度、角度、直径、粗糙度，或者节点坐标、直径、粗糙度。节点坐标、直径、粗糙度。Pipeline管线参数58Pipeline管线参数59Pipeline管线参数完成后的表如下：完成后的表如下：60Pipeline 结果查看从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的从数据浏览器的PipelinePipeline对象下选择对象下选择对象下选择对象下选择ResultsResults查看结果查看结果查看结果查看结果61Pipeline 结果查看PipelinePipeline的的的的ProfilesProfiles给出了每个节点处的结果给出了每个节点处的结果给出了每个节点处的结果给出了每个节点处的结果62Pipeline 示例 7.7 流流量量为为 100 m3/h，温温度度为为 50 C，压压强强为为 5 bar的的水水流流经经 108 4 的的管管线线。管管线线首首先先向向东东延延伸伸 5 m，再再向向北北 5 m，再再向向东东 10 m，再再向向南南 5 m，然然后后升升高高 10 m，再再向向东东 5 m。管管内内壁粗糙度为壁粗糙度为 0.05 mm。 求：管线出口处的压强是多少？求：管线出口处的压强是多少？63北北西西南南东东进进出出5m5m10m5m升高升高10m5mNode1(0,0)Node2(5,0)Node3(5,5)Node4(15,5)Node5(15,0)Node6(15,0)Node7(20,0)64深入讨论：p 如如果果管管线线出出口口处处的的压压强强为为 3 bar，则流过则流过管线的水流量是多少？管线的水流量是多少？65