11、当气体管道热损失模型设置为“进行热损失计算”或“固定传输速率”时,用户增加了包括/排除焦耳-汤姆逊效应的能力。注意,焦耳-汤姆逊效应默认包含在热损失模型设置为忽略热损失/增益的管道上。
管道组件文件(.pcf)是由各种CAD工具生成的文件格式,如SmartPlant 3D,CADWorx,Solidworks,Autodesk Inventor,Plant4D,Autoplant,Smart 3D等。
简化设计流程,显著减少求解和构建管道系统所需的时间。
使用帮助
两相流计算
两相流计算模块允许完成两相液气计算。在许多工业过程中都会出现两相流。例如石油、化学、核、制冷、太空和地热工业。
利用该模块,可以分析蒸汽质量随管道位置变化的系统以及蒸汽质量固定的两相流。
两相流比液体或气体流复杂很多倍,FluidFlow不太可能产生与单相计算一样准确的答案。
1、建模方法
管道系统中的两相流建模有三种基本方法:
1.实验(实证)方法。在这种方法中,相关性是从实验中得出的。使用量纲分析可以获得通用解。与实验类似,这些方法可以在所获得的条件范围内放心地应用。
2.精确解(严格)方法。这种方法需要在适当的边界条件下求解能量和动量方程。作为一种实用的解决方案,除了最简单的情况外,这种方法过于复杂。
3.数值方法。在这种方法中,守恒定律是数值求解的。解决方案关闭时会出现问题,代码往往很大,占用处理器时间。
FluidFlow使用的建模方法是经验方法和严格方法的混合。这意味着我们使用众所周知的经验相关性,并将其应用于不同的管道长度。这与用于气体计算的方法类似,但在两相流的情况下,采用压力衰减(而不是密度衰减),并在管段长度上应用经验关系。该方法允许确定每个段的闪蒸计算、液体滞留率和流动状态,并确认随着流体沿管道流动,每单位长度的压力损失会发生变化。有关详细说明,请参见计算方法。
已经有许多尝试对两相流中的流态进行分类和定义。这种方法的优点是,摩擦损失关系可以作为流动状态的函数来发展。这是机械建模的基础。
您可以在FluidFlow中使用的可用压力损失关系如下:
§Friedel:该方法基于Friedel[21]发表的论文,并使用两相乘数计算液体压力损失。这种相关性对水平和垂直管道使用不同的方程式。
§Chisholm:提出了一种广泛的经验方法(1973年),该方法也使用了二相乘数。这是可用的更简单的两阶段相关性之一。
§Lockhart Martinelli:提出了分离流模型,但这只适用于水平管流。这也是最简单的两阶段相关性之一,可以追溯到20世纪70年代。
Whalley将上述3种方法与最近的两阶段数据库进行了比较,并提出了以下建议:
(μL/μG)<1000且质量通量<2000 kg/m2s使用Friedel方法。
(μL/μG)>1000且质量通量>100 kg/m2s使用Chisholm方法。
(μL/μG)>1000且质量通量<100 kg/m2s使用Lockhart-Martinelli方法。
如果在“计算选项”对话框中选择Whalley准则,FluidFlow将为您选择合适的方法。
最近,Muller Steinhagen和Heck(2000)进行了更新的比较,并建议将MSH相关性作为更好的方法,特别是对于制冷剂和单组分流体。这种方法在高蒸汽质量时会降低精度。
Beggs Brill提出了第一种基于流态的方法。此相关性适用于所有管道方向。原始方法(1973年)被扩展,FluidFlow使用扩展方法。您可能不应该使用这种方法进行垂直上流,因为它低估了压力损失。
通过使用2007年发布的新相关性[22],在FluidFlow中引入了漂移通量模型。这种建模方法最适合垂直和倾斜管道。
2、计算示例
我们鼓励您查看质量保证测试中使用的所有两阶段示例。这些可在“[FluidFlow3文件夹]\QA 2-Phase Flow”文件夹中找到。
示例1。空气-水两相模型。质量稳定。
对于单个流体,可以在边界处指定两相,或者我们可以混合气体和液体流以形成两相混合物。在本例中,我们将使用第二种方法。
制作如下所示的模型:
该模型显示了两种已知的流动(一种流体空气(2),一种流体水(1)),通过板式换热器混合并加热,然后流向分离容器(5)。分离罐(分离器)上的红点表示液体出口,黄点表示蒸汽出口。您可以直接从“[FluidFlow3文件夹]QA 2-Phase FlowSseparationKnock-Out Pot with Constant Quality.ff3”加载此示例,或者更好地自己输入以下数据。
节点1(进水口)条件为:
节点2(进气口)条件为:
节点6(板式换热器)条件为:
管道信息是:节点编号和管道编号可能不同,这取决于连接顺序。
长度为0.5 m的2“sch 40管道(将已知流量连接至接头的-1和-2)。
管道(从接头到板式换热器的-6),长60 m,内径50.8 mm
管道(-3,将板式换热器连接至KO罐),长60m,内径50.8mm。
管道(KO罐的-4个蒸汽出口)5m和6“sch 40管道。
管道(KO罐的-5和-7液体出口)10m和2“sch 40管道。
在进行计算之前,通过“计算选项对话框”(F2键或菜单“选项|计算”)更改要使用的两相相关性,以使用Beggs-Brill方法。
结果概述:
这是具有恒定质量的两相流的示例。这意味着蒸汽质量分数是恒定的,并且在相之间没有传质。这并不意味着每单位长度的压力损失是恒定的,也不意味着两相之间的速度是恒定的。在混合后的第一个管段(管道-6)中,可以看到气体表面速度从管道-6的开始到结束增加。对于60m的管道-6,总压力损失为146790 Pa,但摩擦损失为145349 Pa。由于管道是水平的,因此差异为加速度损失。换热器后,混合物温度升高30°C。换热器(-3)之后的管道中的总压力损失为208628Pa(管道-3的长度和直径与-6相同)。这是因为气体体积和速度以及其他流体性质随着出口管中温度的升高而改变。您可以通过显示Beggs-Brill流模式图来感受差异。为此,请单击管道,然后单击数据调色板中的图表选项卡,然后使用“设置”下拉菜单选择流型图。
作为离开本示例之前的最后一个练习,请尝试另一个两相关联。例如MSH,并注意压力损失的差异(总系统损失增加了约9%)。
如果使用Whalley标准,FluidFlow将选择Friedel方法,在这种情况下,系统总压力损失将减少17.5%。
对于本例,MSH、Whalley和Beggs-Brill可能是最合适的方法。您可以看到,总系统压力损失估计可能会有很大变化。
示例2。质量不断变化的制冷剂系统。
您可以打开文件“[FluidFlow3 folder]\QA 2-Phase Flow\Condensing\Elevation Test with changes in the exchanger due to heat addition.ff3”。
在本例中,我们有一种流体R-152a从1.16atm的已知压力(节点1)流过上述系统,流体的饱和温度为-19.9°C。
我们已经规定了入口的蒸汽质量(蒸汽质量分数为0.18),我们正在使用惠利标准进行计算。
结果概述:
这是一个质量变化的两相流的例子。这意味着蒸汽质量分数不是恒定的,并且在相之间存在传质。您可以在所有流程图元素的结果中看到这一点,检查进入和离开每个节点或管道的蒸汽质量,您将看到质量随着我们流经系统而增加。这是因为当流体沿着管道(或穿过弯管)流动时,压力下降,因此一些液体沸腾形成更多蒸汽。这称为闪蒸,FluidFlow假设瞬时等焓闪蒸发生。你还应该注意到速度在增加,混合物密度在降低。
在换热器中,我们增加了大约30000瓦的热量,这具有蒸发额外液体的效果。在该元素中,质量从0.19623增加到0.4578。
作为练习,将换热器的热损失模型从“固定传递率”更改为“忽略热损失”。您预计离开换热器的蒸汽质量会发生什么变化?它应该会减少。您还应该注意,系统流量将因此而增加。