Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1262 вуза, 4625 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:
Операции ХАЙСИС.pdf
Скачиваний:
583
Добавлен:
02.04.2015
Размер:
15.78 Mб
Скачать
☆
►Содержание►

Изменение давления 9 - 3

9.1 Компрессор/Детандер

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

Операция Детандер используется, если требуется уменьшить давление в газовом потоке и получить выходной поток с низким давлением и высокой скоростью. В процессе расширения происходит превращение внутренней энергии газа в кинетическую энергию и, в конечном счете, в работу.

Компрессор рассчитывает свойства потока (температуру или давление) или КПД расширения.

Имеется несколько методов для расчета Компрессора (Детандера) 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 (Детандер) дает пользователю возможность выбрать, что будет задано, а что - рассчитано. Убедитесь, что задача поставлена корректна.

Дополнительно в динамическом режиме операция Компрессор позволяет:

•моделировать коэффициент трения и инерционные свойства системы

•моделировать процессы разгона и останова

•использовать несколько характеристик (кривых напора и КПД)

•моделировать кривую пампажа и Stonewall

•добавлять антипомпажный регулятор

•учитывать возможные фазовые изменения (например, появление жидкости в выходных потоках)

•объединять операцию Детандер с другими ротационными машинами, вращающимися на том же валу.

Типовые методы решений

Не используя кривые-характеристики

Используя кривые-характеристики

1.

Расход и давление на входе известно.

1.

Расход и давление на входе известно.

2.

Задайте давление на выходе.

2.

Задайте рабочую скорость.

3.

Задайте адиабатический или

3.

ХАЙСИС использует характеристики для

 

политропический КПД.

 

определения КПД и напора.

4.

ХАЙСИС рассчитает требуемую

4.

ХАЙСИС рассчитает давление и температуру

 

мощность, выходную температуру и

 

на выходе и требуемую мощность.

 

оставшийся КПД.

 

 

 

 

 

 

1.

Расход и давление на входе известно.

1.

Расход, давление на входе и КПД известны.

2.

Задайте КПД и мощность.

2.

ХАЙСИС использует кривые для определения

3.

ХАЙСИС рассчитает давление и

 

скорости и напора.

 

температуру на выходе и оставшийся

3.

ХАЙСИС рассчитает давление и температуру

 

КПД.

 

на выходе и требуемую мощность.

 

 

 

 

В операциях Компрессор и Детандер используются одни и те же термодинамические принципы, различается лишь направление энергетического потока. Энергия затрачивается при сжатии и выделяется при расширении.

9 - 4 Изменение давления

В главе встречаются термины “изоэнтропический” и ”адиабатический”. Эти понятия равнозначны.

9.1.1Теория

Стационарный режим

Для Компрессора изоэнтропический КПД представляет собой отношение изоэнтропической (идеальной) мощности, требуемой на сжатие, к действительной мощности:

КПД(%) =

Мощностьизоэнтроп.

×100%

(9.1)

Мощностьдействит.

 

 

 

Для Детандера КПД представляет собой отношение действительной мощности, полученной при расширении, к мощности, полученной при изоэнтропическом расширении:

КПД(%) =

Мощностьдействит.

×100%

(9.2)

 

 

Мощностьизоэнтроп.

 

Для адиабатического варианта операции Компрессор или Детандер сжатие/расширение рассчитываются вдоль линии постоянной энтропии от начального до конечного давления. Используя полученное значение энтальпии и заданный КПД, программа рассчитывает действительную энтальпию на выходе. Наконец, на основе этого значения и давления на выходе рассчитывается температура на выходе.

Для политропического варианта рабочая линия не является ни адиабатой, ни изотермой. Если КПД равен 100%, процесс подчиняется условию механической обратимости. Для необратимых процессов КПД политропы будет меньше 100%. Работа, рассчитанная для механически обратимого процесса, умножается (для детандера) или делится (для компрессора) на КПД, в результате чего определяется действительная работа. Политропический КПД рассчитывается по тем же уравнениям, что и изоэнтропический (уравнения 9.1 и 9.2).

Обратите внимание, что все параметры рассчитываются термодинамически, с использованием заданного термодинамического пакета. В общем случае работа механически обратимого процесса рассчитывается из:

W = ∫PdV

(9.3)

где W – работа V – объем

dP – приращение давления

Как и для любой другой операции, рассчитываемые параметры зависят от заданной информации. В случае когда температура и давление входного и выходного потоков известны, идеальная (изоэнтропическая) мощность рассчитывается с помощью одного из приведенных выше уравнений, соответственно для компрессора или детандера. Действительная мощность определяется как разность энтальпий входного и выходного потоков.

Для Компрессора:

Мощностьдействит. = Энтальпиявыход − Энтальпиявход

(9.4)

Для Детандера:

 

Мощностьдействит. = Энтальпиявход − Энтальпиявыход

(9.5)

после чего по уравнениям 9.1 и 9.2 рассчитывается КПД.

 

В случае когда известны давление на входе и выходе, температура на входе и КПД, рассчитывается, как и выше, идеальная мощность, а действительная мощность (разность энтальпий входного и выходного потоков)

рассчитывается делением идеальной мощности на КПД компрессора. После

Изменение давления 9 - 5

этого выходная температура рассчитывается на основе энтальпии выходного потока. Для идеального (изоэнтропического, КПД=100%) сжатия или расширения выходная температура газа всегда будет ниже, чем температура реального компрессора или детандера.

Динамический режим

Важным вопросом, связанным с расчетом компрессора и детандера, является их мощность при работе в изоэнтропическом и политропическом режимах. Расчет этих параметров и количественных характеристик заимствован из “Compressors and Exhausters – Power Test Codes”

Американского общества инженеров-механиков.

Мощность при работе в изоэнтропическом или политропическом режимах рассчитывается следующим образом:

 

n

P

 

P

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n−1

 

(MW )

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

W − F

 

 

CF

 

 

 

×

 

 

 

 

 

ρ

 

P

 

1

n −1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−1 (9.6)

где n – показатель степени

CF – поправочный коэффициент

P1 – давление входного потока

P2 – давление выходного потока ρ1 – плотность входного потока

F1 – мольный расход входного потока MW – молекулярный вес газа

Показатель степени для изоэнтропической мощности определяется как:

 

n =

ln(P2 / P1 )

(9.7)

 

ln(ρ'2 / ρ1 )

 

где

ρ’2 – плотность выходного потока, соответствующего входной

 

энтропии.

Показатель степени для политропической мощности определяется как:

n = ln((P2 / P1 )) ln ρ2 / ρ1

где ρ2 – плотность выходного потока.

Поправочный коэффициент рассчитывается следующим образом:

CF =

 

 

h'2 −h1

 

 

 

 

n

 

P

 

P

 

 

 

 

 

2

 

−

1

 

 

 

 

 

n −1

 

ρ'2

 

 

 

 

 

 

ρ1

(9.8)

(9.9)

где h’2 – Энтальпия потока на выходе, соответствующая входному потоку h1 – энтальпия входного потока

Для получения величин h’2 и h1 производится расчет фазового равновесия в изоэнтропическом режиме.

ХАЙСИС производит точный расчет сжатия или расширения, следуя линии постоянной энтропии от входного до выходного давления. Линия, соответствующая политропическому процессу, не является ни адиабатой, ни

9 - 6 Изменение давления

изотермой. Единственным условием является обратимость политропического процесса.

Используемые уравнения

Для расчета Компрессора и Детандера используются соответствующие уравнения.

КПД компрессора

При расчете компрессора определяются его адиабатический и политропический КПД. Программа производит расчет фазового равновесия при заданных давлении и энтропии на входе.

КПД детандера

В случае детандера также рассчитываются КПД, а также фазовое равновесие при заданных давлении и энтропии на входе.

КПД

 

Компрессор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Детандер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Адиабатический

 

 

Работаидеал.

 

 

=

(Нвыход − Нвход)идеал.

 

 

 

 

 

Работадейств.

=

(Нвыход − Нвход)действ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работаидеал.

(Нвыход − Нвход)идеал.

 

 

 

 

 

 

Работадейств.

 

 

(Нвыход − Нвход)действ.

 

 

 

Политропический

 

 

 

 

 

 

 

n−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

k −1

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выход

 

 

 

−1 ×

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выход

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рвход

 

 

 

 

n

−1

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

Рвход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× КПДадиаб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

× КПДадиаб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

k −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

n

 

 

 

n

 

k −1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выход

 

 

 

 

−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выход

 

 

−1 ×

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pвход

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pвход

 

 

 

n

−1

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где:

log(Pвыход / Pвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где:

log(Pвыход / Pвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log(ρвыход,дейст. / ρвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log(ρвыход,дейст. / ρвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

 

log(Pвыход / Pвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

 

log(Pвыход / Pвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log(ρвыход,идеальн. / ρвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

log(ρвыход,идеальн. / ρвход)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где:

 

H - массовая энтальпия

 

 

 

 

 

 

 

 

n - показатель политропы

 

 

 

 

 

 

 

P - давление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k - показатель адиабаты

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ - массовая плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напор компрессора

Адиабатический и политропический напор компрессора определяется после того, как завершен расчет сжатия, при переходе на закладку Результаты. Требуемая работа представляет собой энергетический поток компрессора. Политропический напор рассчитывается на основе метода ASME («The Polytropic Analysis of Centrifugal Compressors», Journal of Engineering for Power, J.M. Schultz, January 1962, p. 69-82).

Напор детандера

Адиабатический и политропический напор детандера определяется после того, как завершен расчет расширения при переходе на закладку Результаты. Полученная работа представляет собой энергетический поток детандера.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности