Καβάλα, Οκτώβριος 2013

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΑΝ.ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ - ΘΡΑΚΗΣ Επιχειρησιακό Πρόγραµµα "Ψηφιακή Σύγκλιση" Πράξη: "Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια", Κωδικός ΟΠΣ: «Η Πράξη συγχρηµατοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Ταµείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ)» Newsletter No 2 Καβάλα, Οκτώβριος ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 1

2 Συνοπτική Περιγραφή Φυσικού Αντικειµένου Πράξης Η πράξη αφορά στην ανάπτυξη, εγκατάσταση και θέση σε λειτουργία µιας σειράς εικονικών εργαστηρίων εξοµοίωσης & προσοµοίωσης µηχανολογικών συστηµάτων που θα ενταχθούν στην εκπαιδευτική διαδικασία του Τµήµατος Μηχανολογίας του ΤΕΙ ΑΜ-Θ Θα αναπτυχθούν τα εξής συστήµατα: ΜΧ-01 Προσοµοίωση Συστηµάτων ΑΠΕ ΜΧ-02 Εξοµοίωση Μοντελοποίηση Φωτοβολταϊκού Συστήµατος ΜΧ-03 Προσοµοίωση Ανεµογεννήτριας ΜΧ-04 Εξοµοίωση Μοντελοποίηση Μετρητών Παροχής Ρευστών ΜΧ-05 Προσοµοίωση Υδροστροβίλου Kaplan ΜΧ-06 Εικονική Αεροσήραγγα ΜΧ-07 Προσοµοίωση Ευέλικτης Παραγωγικής ιαδικασίας ΜΧ-08 Εξοµοίωση Μοντελοποίηση Ενεργής Ανάρτησης Οχήµατος ΜΧ-09 Προσοµοίωση Συστηµάτων Θέρµανσης Ψύξης Αερισµού (ΘΨΑ) ΜΧ-10 Προσοµοίωση Ροµποτικών Βραχιόνων Στις επόµενες σελίδες παρουσιάζονται τα συστήµατα: ΜΧ-04 Εξοµοίωση Μοντελοποίηση Μετρητών Παροχής Ρευστών ΜΧ-06 Εικονική Αεροσήραγγα ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 2

3 ΜΧ-04 Προσομοιώσεις Ρευστομηχανικής Το λογισμικό είναι γραμμένο σε JAVA και αφορά υπολογισμούς διαφόρων μεγεθών ρευστομηχανικής. Είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση: και οι οδηγίες του στο: Οι διαθέσιμοι υπολογισμοί είναι: 1. Πτώση πίεσης σε αγωγό Η εφαρµογή «Πτώση πίεσης σε αγωγό» µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της πτώσης πίεσης και της παροχής για όλα τα Νευτώνεια ρευστά µε σταθερή πυκνότητα σε κλειστούς κυκλικούς ή ορθογωνικούς αγωγούς. Μπορεί να υπολογιστεί η πτώση πίεσης ή η παροχή µέσω ενός αγωγού όπως επίσης και ο συντελεστής τριβής f. 2. ιάµετρος αγωγού και παροχή Η εφαρµογή «Υπολογισµός διαµέτρου αγωγού και παροχής» µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της διαµέτρου ενός αγωγού όταν είναι γνωστή η παροχή και η ταχύτητα του ρευστού ή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της ταχύτητας όταν είναι γνωστή η παροχή και η διάµετρος του αγωγού. Μπορεί επίσης να γίνει µετατροπή από παροχή όγκου σε παροχή µάζας. Αν το ρευστό είναι ιδανικό αέριο µπορεί να υπολογισθεί η παροχή σε διάφορες πιέσεις και θερµοκρασίες αφού η παροχή µάζας παραµένει σταθερή. 3. ιαστασιολόγηση βαλβίδας ελέγχου αερίου και ρυθµιστή πίεσης. Υπολογισµός συντελεστή ροής Cg και Kg Οι βαλβίδες ελέγχου και οι ρυθµιστές πίεσης για πιέσεις έως 100 bar καλύπτονται από το πρότυπο ΕΝ334. Ο υπολογισµός της διαστασιολόγησης των βαλβίδων ελέγχου στην παρούσα εφαρµογή καλύπτεται από το ίδιο πρότυπο. 4. ιαστασιολόγηση βαλβίδας ελέγχου και υπολογισµός συντελεστή ροής Cv Η διαστασιολόγηση µιας βαλβίδας ελέγχου βασίζεται στον υπολογισµό του συντελεστή παροχής Cv. Ο υπολογισµός του συντελεστή παροχής Cv πραγµατοποιείται για την απαιτούµενη παροχή και στη σχετική πτώση πίεσης στη βαλβίδα ελέγχου. Με την υπολογισµένη τιµή του συντελεστή παροχής, επιλέγεται το µέγεθος της βαλβίδας ελέγχου ή µπορούν να συγκριθούν δύο βαλβίδες ελέγχου, διαφορετικών κατασκευαστών, από άποψη παροχής για ορισµένη πτώσης πίεσης και ίδιο µέγεθος βαλβίδας. 5. Ροή αέρα Ο αέρας χρησιµοποιείται σε πολλές εφαρµογές της βιοµηχανίας. Με την εφαρµογή αυτή µπορούµε να υπολογίσουµε τη ροή αέρα µέσω κλειστού κυκλικού αγωγού. Μπορεί να υπολογισθεί η πτώση πίεσης ή η παροχή θεωρώντας ότι η θερµοκρασία παραµένει σταθερή. Μπορούµε να χρησιµοποιήσουµε την εφαρµογή αυτή τόσο για στρωτή όσο και για τυρβώδη ροή. Στους υπολογισµούς της πτώσης πίεσης ή της παροχής µέσα από έναν αγωγό λαµβάνονται υπόψη οι γραµµικές και οι τοπικές απώλειες ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 3

4 6. Υπολογισµός ισόθερµης ροής αερίου και πτώσης πίεσης Υπολογίζεται η παροχή ή η πτώση πίεσης αερίου που ρέει σε κλειστό κυκλικό αγωγό. Η εφαρµογή αυτή εφαρµόζεται για κάθε αέριο, όπως αέρας, φυσικό αέριο, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο ή οποιοδήποτε άλλο αέριο. Η θερµοκρασία του αερίου θεωρείται σταθερή. Η εφαρµογή αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε στρωτή ή τυρβώδη ροή. Μπορεί επίσης να υπολογισθεί η πτώση πίεσης ή η παροχή σε σωληνογραµµή στην οποία περιλαµβάνονται γραµµικές και τοπικές απώλειες. 6. ιάµετρος αγωγού, παροχή και πτώση πίεσης σε αγωγό φυσικού αερίου Η εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της παροχής και της πτώσης πίεσης σε αγωγό φυσικού αερίου µε σταθερή διάµετρο. 7. Παροχή εκροής αερίου από αγωγό Με την εφαρµογή αυτή µπορεί να υπολογισθεί η παροχή ή η διάµετρος ενός αγωγού για την εκροή από έναν αγωγό ή από µια δεξαµενή στην ατµόσφαιρα, άλλο αγωγό ή δεξαµενή. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για όλα τα διατοµικά ή τριατοµικά ιδανικά αέρια συµπεριλαµβανοµένων του αέρα, του αζώτου, του διοξειδίου του άνθρακα και άλλα. Η εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για ροή µέσω αγωγών µε ή χωρίς βαλβίδες και εξαρτήµατα γραµµής. 8. Μετρητής παροχής Venturi Ο σωλήνας Venturi χρησιµοποιείται σαν µετρητής παροχής σε συστήµατα αγωγών. Λόγω της µεταβολής της διαµέτρου από την είσοδο του Venturi µέχρι το λαιµό του, η µέση ταχύτητα αλλάζει ενώ η παροχή µάζας παραµένει σταθερή. 9. ιαστασιολόγηση µετρητή τύπου διαφράγµατος και υπολογισµός παροχής Ένα διάφραγµα προκαλεί πτώση πίεσης σε ένα αγωγό και µπορεί να χρησιµοποιηθεί σαν µετρητής παροχής ή σαν περιοριστής της παροχής, δεδοµένου ότι η έντονη µείωση της διαµέτρου του αγωγού προκαλεί µείωση της ροής κατά ένα ποσοστό που εξαρτάται από τη διαθέσιµη πίεσης στο εµπρόσθιο µέρος του διαγράγµατος. Η εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη διαστασιολόγηση ενός διαφράγµατος ή της παροχής για δεδοµένη πτώση πίεσης. Ο υπολογισµός της παροχής µέσω διαφράγµατος βασίζεται στην εξίσωση ενέργειας και το θεώρηµα Bernoulli. Ο µετρητής τύπου διαφράγµατος είναι πολύ πρακτικός, καθώς είναι ο πλέον κατάλληλος από οικονοµική κυρίως άποψη µετρητής για σωλήνες µεγάλης διαµέτρου και ροές ακάθαρτων ρευστών. 10. Μετρητής τύπου ακροφυσίου και ακροφυσίου Venturi Οι µετρητές τύπου ακροφυσίου και ακροφυσίου τύπου Venturi είναι συσκευές οι οποίες τοποθετούνται σε κλειστές σωληνογραµµές και προκαλούν µεταβολή της στατικής πίεσης. Με βάση την πτώση πίεσης αυτή, µπορεί να υπολογισθεί η παροχή του ρευστού. 11. Μετρητές ταχύτητας Prandtl και Pitot Ο ανιχνευτής Prandtl χρησιµοποιείται σαν µετρητής ταχύτητας και σαν µετρητής παροχής, κυρίως για ανοιχτές ροές γύρω από στερεά σώµατα. Η µέτρηση της ταχύτητας και της παροχής µε ανιχνευτή Prandtl βασίζεται στη µέτρηση της διαφοράς µεταξύ της ολικής και της στατικής σε ένα σηµείο µιας γραµµής ροής. Με το µετρητή Prandtl, η ταχύτητα στην κεντρική οπή του ανιχνευτή µηδενίζεται ισεντροπικά. Με το µηδενισµό της ταχύτητας, η µετρούµενη πίεση θα ισούται µε την ολική πίεση. Στο εξωτερικό µέρος του ανιχνευτή Prandtl, όπου οι γραµµές ροής είναι εφαπτόµενες στον ανιχνευτή η ταχύτητα δεν αλλάζει και η µετρούµενη πίεση θα είναι η στατική πίεση. 12. Υπολογισµός θερµικής ενέργειας, θερµικής ισχύος και παροχής Ο επιλυτής αυτός µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της θερµικής ενέργειας και της θερµικής ισχύος νερού που παράγεται σε θερµαντήρες ή τη θερµική ενέργεια που απαιτείται για τη θέρµανση συγκεκριµένου όγκου νερού ή και µερικών άλλων ρευστών. Τέλος, ο επιλυτής χρησιµοποιείται σε εναλλάκτες θερµότητας και υπολογισµούς παροχής ή εναλλαγής ποσότητας ενέργειας σε εναλλάκτες θερµότητας ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 4

5 Η εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της παροχής νερού που παράγεται σε πύργους ψύξης όταν είναι γνωστή η θερµική ή η ψυκτική ισχύς. Επίσης, µπορεί να υπολογισθεί η παραγωγή θερµού αέρα για γνωστή εισερχόµενη θερµική ισχύ. 13. Αριθµός Reynolds Ο αριθµός Reynolds, από το όνοµα του Osborne Reynolds ( ), δίνει τη σχέση µεταξύ των δυνάµεων αδρανείας και των δυνάµεων ιξώδους σε µια ροή. Όταν οι δυνάµεις αδρανείας της ροής είναι πολύ µεγάλες και ο αριθµός Reynolds µεγαλύτερος από τον κρίσιµο, Re>2320, εµφανίζεται τυρβώδης ροής και αν οι δυνάµεις ιξώδους είναι αρκετά µεγάλες, συγκρινόµενες µε τις δυνάµεις αδρανείας και ο αριθµός Reynolds µικρότερος από τον κρίσιµο, Re<2320, εµφανίζεται στρωτή ροή. 14. Υπολογισµοί για LPG παροχή υγροποιηµένου υγραερίου και υπολογισµός διαµέτρου αγωγού Η εφαρµογή αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό της παροχής, της διαµέτρου ενός αγωγού και η θερµική ισχύς υγροποιηµένου υγραερίου LPG. 15. Συντελεστής αντίστασης Κ και ισοδύναµο µήκος l/d βαλβίδων και εξαρτηµάτων Ο επιλυτής µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον υπολογισµό του συντελεστή αντίστασης Κ και του ισοδυνάµου µήκους l/d για βαλβίδες και εξαρτήµατα. Ο συντελεστής αντίστασης Κ και το ισοδύναµο µήκος l/d είναι ανάλογα της πτώσης πίεσης (απώλειες ύψους) και του τετραγώνου της ταχύτητας του ρευστού που ρέει µέσω των βαλβίδων και των εξαρτηµάτων όπως η γωνία, η καµπύλη, η συστολή, το ταυ, η είσοδος και η έξοδος από αγωγό. ΜΧ-04 Προσομοίωση Μετρητή Παροχής VENTURI Το λογισμικό είναι γραμμένο σε JAVA και αφορά υπολογισμούς διαφόρων μεγεθών σε έναν μετρητή παροχής Venturi. Είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση: ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 5

6 ΜΧ-06 Εικονική Αεροσήραγγα - JAVAFOIL Το JAVAFOIL είναι ένα απλό πρόγραμμα, το οποίο χρησιμοποιεί διάφορες παραδοσιακές μεθόδους για την ανάλυση των αεροτομών σε υποηχητική ροή. Είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση: και οι οδηγίες του στο: Ο κύριος σκοπός του JAVAFOIL είναι να υπολογίσει την άνωση, την οπισθέλκουσα και τα χαρακτηριστικά της ροπής αδράνειας της αεροτομής. Το πρόγραμμα υπολογίζει πρώτα την κατανομή της ταχύτητας στην επιφάνεια της αεροτομής. Για αυτό τον σκοπό εκτελεί την εργασία της ανάλυση δυναμικής ροής η οποία στηρίζεται στην μέθοδο panel υψηλού βαθμού (γραμμικά μεταβαλλόμενη κατανομή στρεβλότητας). Η τοπική ταχύτητα και η τοπική πίεση σχετίζονται με την εξίσωση του Bernouli. Για να υπολογίσει την άνωση και τον συντελεστή της ροπής πρόνευσης, η κατανομή της πίεσης μπορεί να ενσωματωθεί κατά μήκος της επιφάνειας. Στην συνέχεια το JAVAFOIL υπολογίζει την συμπεριφορά του στρώματος ροής κοντά στην επιφάνεια της αεροτομής (οριακό στρώμα). Η ανάλυση του οριακού στρώματος (η αποκαλούμενη ακέραιη μέθοδος) κινείται κατά μήκος της άνω και της κάτω επιφάνειας της αεροτομής, ξεκινώντας από το σημείο στασιμότητας. Λύνει ένα σύνολο διαφορικών εξισώσεων για να βρει τις διάφορες παραμέτρους του οριακού στρώματος. Στη συνέχεια τα δεδομένα του οριακού στρώματος χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό την οπισθέλκουσας της αεροτομής από τις ιδιότητες της στο χείλος εκφυγής ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 6

7 Τα βήματα ανάλυσης επαναλαμβάνονται για κάθε γωνία προσβολής, η οποία δίνει μία πλήρη πολικότητα της αεροτομής για ένα σταθερό αριθμό Reynolds. Για την δημιουργία και τροποποίηση των αεροτομών έχουν προστεθεί επιπλέον εργαλεία για να συμπληρωθεί η εργαλειοθήκη. Αυτά τα εργαλεία περιλαμβάνονται σε μία Γραφική Αλληλεπίδραση του Χρήστη (ΓΑΧ) η οποία σχεδιάστηκε ώστε να είναι εύχρηστη και όχι υπερβολικά πολύπλοκη. Η ΓΑΧ οργανώθηκε μέσα σε ένα σύνολο καρτελών, η οποία θα περιγραφεί στην συνέχεια ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 7

8 ΜΧ-06 Εικονική Αεροσήραγγα - FOILSIM To FOILSIM είναι άλλο ένα λογισμικό σε JAVA, για την ανάλυση αεροτομών σε υποηχητική ροή. Είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση: ΤΕΙ Καβάλας Εικονικά Μηχανολογικά Εργαστήρια Newsletter No2 8