Лабораторный практикум по дисциплине «эвм в инженерных расчетах»

2 Семестр

Лабораторная работа №1 Расчет теплообменника в системе HYSYS

Цель работы: приобретение практических навыков работы в системе HYSYS при моделировании элемента технологической установки

Поверочный расчет теплообменника

Рассмотрим проведение поверочного расчета теплообменника в стационарном режиме. Известны начальные параметры отдающей и воспринимающей сред (в нашем случае – это сжатый воздух и вода соответственно) и геометрические параметры теплообменного аппарата. Необходимо найти конечные параметры отдающей и воспринимающей сред. Расчет будем проводить при помощи операции Теплообменник (HEAT EXCHANGER), которая рассчитывает материальный и энергетический баланс для теплообменного аппарата, в котором происходит теплообмен между двумя потоками.

Новая задача Файл  Новый  Задача (появится окно Диспетчер базиса)

1. Первый этап (создание нового набора единиц измерения).

1.1. Выберите пункт Настройки (Preferences)… в меню Инструменты (Tools). Появится окно Настройки расчета (Session preferences). Перейдите на закладку Переменные (Variables), а затем выберите страницу Единицы. Создадим новый набор единиц измерения на базе европейской системы EuroSI и внесем в нее изменения. Выберите мышкой строчку EuroSI из списка Имеющихся наборов единиц (Available Unit Sets), чтобы сделать ее активной. В нашем примере удобнее всего измерять массовый расход сжатого воздуха и воды в килограммах в секунду (kg\s), температуру в Кельвинах (K), а давление в килопаскалях (KPa). Нажмите кнопку Скопир (Clone). Появится и станет активным новый набор единиц измерения, названный NewUser в списке Имеющихся наборов единиц. Если хотите, Вы можете ввести новое название для этого набора в поле Имя набора. Теперь вы можете изменять единицы измерения для любой переменной из созданного Вами набора.

1.2. Измените единицы для переменной Массовый расход: откройте падающий список возможных единиц (кнопка ) и выберите нужный вариант (kg\s).

Вы имеете возможность сохранить настройки программы в специальный файл под любым именем, нажав на кнопку Сохранить настройки, и позже загрузить их, нажав на кнопку Загрузить настройки. Закрыв окно Настройки расчета, Вы вернетесь в окно Диспетчер базиса.

2. Второй этап (выбор пакета свойств).

2.1. Для создания списка компонент активизируйте Закладку Компоненты (Components) в окне Диспетчера базиса (Simulation Basis Manager). Нажмите кнопку Добавить (Add). Появится окно Список компонент (Component list view).

В данной задаче нам необходимо выбрать следующие компоненты: N2 (Nitrogen), O2 (Oxygen), Ar (Argon), CO2, H2O. Закройте окно Список компонентов.

2.1. Для выбора термодинамического пакета в окне Диспетчер базиса перейдите на закладку Пакеты свойств (Fluid Pkgs). Нажмите кнопку Добавить…, откроется специализированное окно Пакет свойств, которое состоит из нескольких закладок. В нашей задаче будет использоваться только одна из этих закладок – Термодинамический пакет (Set up).

Прокрутите список вниз и выберите строку Peng Robinson. Закрыв окно Пакет свойств Вы вернетесь в Диспетчера базиса.

В списке Текущие пакеты свойств теперь присутствует определенный нами пакет свойств Базис-1. Теперь Вы можете начать задавать потоки и операции в расчетной среде ХАЙСИС.

3. Третий этап (создание и параметризация потоков сырья).

Для того чтобы войти в расчетную среду нажмите кнопку Вход (Возврат) в расчетную среду… (Enter simulation envoronment) в окне диспетчера базиса. Начальным интерфейсом расчетной среды является PFD – графический экран.

В правом верхнем углу главного окна параметр Среда поменял свое значение с Базис на значение Задача (Главн.). Стало доступным множество кнопок. Перед нами находятся графический экран и так называемая “касса объектов”.

Графический экран – PFD является графическим отображением топологии технологической схемы. Касса объектов – это “всплывающая” панель с кнопками, которая может быть использована для выбора потоков и операций. Возможно включать и выключать режим отображения на экране Кассы объектов, нажимая клавишу <F4>.

3.1. Запомните Вашу задачу нажав кнопку Сохранить задачу на панели инструментов и наберите в поле Имя файла имя Вашей задачи.

3.2. Для создания сырьевого потока Вы можете использовать один из следующих способов: (нажатие <F11>, или меню Схема (Flowsheet)  Добавить поток (Add stream), или дважды щелкните мышкой по синей стрелке, обозначающей материальный поток, в Кассе объектов или один раз по синей стрелке, а затем по зеленому плюсу, который добавит выбранный Вами объект (материальный поток). Во всех случаях на экране появится специализированное окно вновь созданного потока.

На странице Условия (Conditions) в закладке Рабочая таблица (Worksheet) в ячейке Имя потока (Stream name) можно задать любое имя потока. На страницах Условия (Conditions) и Состав (Composition) Вы должны ввести параметры, которые даны в условии задачи. Для поверочного расчета это необходимо сделать только для двух входящих материальных потоков. Потоки, исходящие из теплообменника, рассчитываются программой ХАЙСИС.

Зададим для потока Сж. воздух (вх. в корп.) температуру – 418К, давление (Pressure) – 300 кПа, массовый расход (mass Flow) – 1.92 кг/с, а для потока Вода (вх. в тр.) температуру – 293К, давление – 709.3 кПа, массовый расход – 6.25 кг/с,

На странице Состав(Composition) закладки Рабочая таблица (Worksheet) необходимо определить конкретный покомпонентный состав каждого потока.

4. Четвертый этап (создание схемы установки)

4.1. Чтобы установить теплообменник нажмите клавишу <F12> (выберите операцию Теплообменник (heat exchanger)) или соответствующую кнопку в кассе объектов.

На странице Соединения (Connections) закладки Данные (Design) специализированног окна Т-100 задаются имена входного и выходного технологических потоков. В поле Имя можно изменить название аппарата, которое программа присваивает по умолчанию. Но если Вы задали имена технологических потоков заранее, чтобы присоединить потоки к теплообменнику, необходимо открыть падающий список поля названия потока и выбрать соответствующий поток, щелкнув по нему левой кнопкой мышки.

На странице Параметры можно выбрать Модель расчета теплообменника и задать физические параметры. Страница Параметры выглядит по-разному в зависимости от выбранной модели расчета. В нашей задаче используется модель Steady State Rating – поверочный расчет в стационарном режиме. Чтобы выбрать эту модель, в поле Модель теплообменника откройте падающий список и выберите данную модель.

На странице Размеры (Sizing) закладки Расчет (Rating) задается информация о размерах теплообменника. На основе этой информации ХАЙСИС может рассчитать гидравлическое сопротивление и коэффициенты теплоотдачи по каждому потоку. Прежде чем задавать информацию о размерах теплообменника, следует выбрать одну из трех селективных кнопок (Sizing data): Общие (overall), Корпус (Shell), Трубки(Tube).

Зададим необходимые параметры:

5. Пятый этап (обеспечение сходимости расчетов).

На странице Спецификации (Specs) закладки Данные (Design) специализированного окна Т-100 для снижения числа степеней свободы добавляем (при помощи кнопки Добавить (Add)) спецификацию Т-100 UA и ее значение в столбце Задано. Если спецификация Т-100 UA активна, число степеней свободы становится равным нулю, поэтому теплообменник может быть рассчитан (зеленое поле со словом ОК).

На страницах (Подробности и Графики) (Details & Plots) закладки Результаты (Perfomance) выводятся результаты расчета теплообменника в виде таблиц и графиков.

На странице Таблицы в табличной форме выводятся температура, давление, количество тепла, энтальпия, K*F и доля пара.

Лабораторная работа №2 Построение модели и расчет компрессора в системе HYSYS

Цель работы:

1. Построить математическую модель компрессорной установки

2. Обеспечить сходимость итерационного расчета отдельных элементов и всей установки

Теоретическая часть

Модель компрессорной установки состоит из следующих основных элементов: ступени компрессора, промежуточные и концевые газоохладители; маслоохладители, охладители тосола, влагоотделители.

Операция Компрессор используется для сжатия газовых потоков. В зависимости от заданной информации Компрессор рассчитывает свойства потока (температуру или давление) или КПД сжатия.

Компрессор рассчитывает свойства потока (температуру или давление) или КПД расширения. Имеется несколько методов для расчета Компрессора в зависимости от заданной информации и от того, будут ли использоваться кривые-характеристики этих машин. В общем случае решение зависит от расхода, изменения давления, подведенной энергии и КПД. Компрессор дает пользователю возможность выбрать, что будет задано, а что – рассчитано. Убедитесь, что задача поставлена корректна.