ΠΟΛΥΤΕΦΝΙΚΗ ΣΦΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΦΗΜΙΚΩΝ ΜΗΦΑΝΙΚΩΝ Καθηγηηήρ Δ. Μαηαπάρ Δπ. Αλεξανδπίδος Φπιζηιάνα
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ (Pipe Segment)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ Ρροςομοίωςθ πλικουσ δικτφων ςωλθνϊςεων από απλά μονο- ι πολυφαςικά ςυςτιματα με ακριβι εκτίμθςθ τθσ μεταφοράσ κερμότθτασ μζχρι μεγάλα ςυςτιματα ςωλθνϊςεων με ανακφκλωςθ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ Οι υπολογιηόμενεσ ιδιότθτεσ εξαρτϊνται από τισ πλθροφορίεσ που δίδονται. Επαρκείσ πλθροφορίεσ για τον πλιρθ οριςμό του ιςοηυγίου μάηασ και του ιςοηυγίου ενζργειασ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ Υπάρχουν οι εξισ 4 δυνατότθτεσ υπολογιςμοφ: Ρτϊςθ Ρίεςθσ Μικοσ Διάμετροσ Ραροχι
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ Γραμμικές σωληνώσεις Δημιοσργούμε τμήματα (segments) Κάθε τμήμα τωρίζεται σε increments segment increment PRESSURE DROP CALCULATION TWO PHASE -Beggs and Brill equation SINGLE PHASE -Darcy equation)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ ΡΤΩΣΗ ΡΙΕΣΗΣ: Μζκοδοσ 1 Κακορίηουμε Τ και P ςτο ίδιο άκρο του ςωλινα (είςοδο ι ζξοδο) Μζκοδοσ 2 Κακορίηουμε Τ ςτο ρεφμα ειςόδου και P ςτο ρεφμα εξόδου ι το αντίκετο
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΡΤΩΣΗ ΡΙΕΣΗΣ: Μζκοδοσ 1 (Τ, ίδιο ρεφμα) 1. Ξεκινϊντασ από το άκρο που ορίηονται τα Τ και υπολογίηει Τ και εξόδου του πρϊτου τμιματοσ (increment) 2. Tα υπολογιηόμενα Τ και του 1 ου τμιματοσ χρθςιμοποιοφνται ωσ δεδομζνα ειςόδου του 2 ου κ.ο.κ. 3. Συνεχίηει μζχρι το τελευταίο τμιμα για να υπολογίςει τισ τελικζσ ςυνκικεσ Τ και ςτθν ζξοδο του ςωλινα
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΡΤΩΣΗ ΡΙΕΣΗΣ: Μζκοδοσ 2 (Τ, διαφορετικό ρεφμα) 1. Ξεκινϊντασ από το ρεφμα που ορίηεται θ Τ εκτιμά μία πίεςθ 2. Με βάςθ τθν εκτιμϊμενθ υπολογίηει Τ και εξόδου του πρϊτου τμιματοσ (increment) 3. Tα υπολογιηόμενα Τ και του 1 ου τμιματοσ χρθςιμοποιοφνται ωσ δεδομζνα ειςόδου του 2 ου κ.ο.κ. 4. Συνεχίηει μζχρι το τελευταίο τμιμα για να υπολογίςει τισ τελικζσ ςυνκικεσ Τ και ςτθν ζξοδο του ςωλινα 5. Αν θ υπολογιηόμενθ τελικι πίεςθ ςτθν ζξοδο δεν είναι ίςθ με τθν που είχε αρχικά οριςκεί επανζρχεται ςτο βιμα 1 κ.ο.κ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS -ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ ΡΤΩΣΗ ΡΙΕΣΗΣ ΜΗΚΟΣ (1 segment) ΔΙΑΜΕΤΟΣ (1 segment) Ραροχι Ραροχι Ραροχι Μικοσ Μικοσ Μικοσ ΡΑΟΧΗ (1 segment) Διάμετροσ Διάμετροσ Διάμετροσ Ρίεςθ ειςόδου ι εξόδου Ρίεςθ ειςόδου ΚΑΙ εξόδου ι ΔP Ρίεςθ ειςόδου ΚΑΙ εξόδου ι ΔP Ρίεςθ ειςόδου ΚΑΙ εξόδου ι ΔP Θερμοκραςία ειςόδου ι εξόδου ΚΑΙ Δεδομζνα μεταφοράσ κερμότθτασ (π.χ. Ολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ) ι Θερμοκραςία ειςόδου ΚΑΙ εξόδου Θερμοκραςία ειςόδου ι εξόδου ΚΑΙ Δεδομζνα μεταφοράσ κερμότθτασ (π.χ. Ολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ) ι Θερμοκραςία ειςόδου ΚΑΙ εξόδου Θερμοκραςία ειςόδου ι εξόδου ΚΑΙ Δεδομζνα μεταφοράσ κερμότθτασ (π.χ. Ολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ) ι Θερμοκραςία ειςόδου ΚΑΙ εξόδου Θερμοκραςία ειςόδου ι εξόδου ΚΑΙ Δεδομζνα μεταφοράσ κερμότθτασ (π.χ. Ολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ) ι Θερμοκραςία ειςόδου ΚΑΙ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΑΝΤΛΙΕΣ (Pumps)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ ΑΝΤΛΙΕΣ Χριςθ: αφξθςθ τθσ πίεςθσ υγροφ ρεφματοσ Ραραδοχι: αςυμπίεςτο ρευςτό
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ ΑΝΤΛΙΕΣ Οι υπολογιηόμενεσ ιδιότθτεσ εξαρτϊνται από τισ πλθροφορίεσ που δίδονται. 3 δυνατότθτεσ υπολογιςμοφ: Ρίεςθ Θερμοκραςία Συντελεςτισ απόδοςθσ τθσ αντλίασ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ ΑΝΤΛΙΕΣ -Υπολογιςμοί Υπολογιςμόσ τθσ ιςχφοσ (ιδανικισ) που χρειάηεται για να αυξθκεί θ πίεςθ του υγροφ: Ιςχφσ ιδανικι = Ππου: (Pout-Pin) x Flow Rate Liquid Density Pout= πίεςθ ςτθν ζξοδο τθσ αντλίασ Pin= πίεςθ ςτθν είςοδο τθσ αντλίασ Flow rate = μαηικι παροχι υγροφ Liquid Density= πυκνότθτα ρευςτοφ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ ΑΝΤΛΙΕΣ -Υπολογιςμοί Υπολογιςμόσ τθσ ιςχφοσ (πραγματικισ) που χρειάηεται για να αυξθκεί θ πίεςθ του υγροφ: (Efficiency %) ι Συντελεςτισ Απόδοςθσ (θ) Ιςχφσ ιδανικι Ιςχφσ πραγματικι ι αλλιϊσ Ιςχφσ που παρζχεται ςτο ρευςτό από τθν αντλία Ιςχφσ που παρζχεται ςτθν αντλία
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλιεσ ΑΝΤΛΙΕΣ -Υπολογιςμοί Υπολογιςμόσ τθσ ιςχφοσ (πραγματικι) που χρειάηεται για να αυξθκεί θ πίεςθ του υγροφ: Ιςχφσ πραγματικι = (Pout-Pin) x Flow Rate x 100 Liquid Density x Συντ. Απόδοςθσ(%)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ ΑΝΤΛΙΕΣ Υπολογιςμοί A.Οριςμόσ τροφοδοςίασ B.Οριςμόσ 2 εκ των παρακάτω μεταβλθτϊν A. Ρίεςθ B. Θερμοκραςία C. Συντελεςτισ απόδοςθσ τθσ αντλίασ C. Ολοκλιρωςθ υπολογιςμϊν HYSYS default τιμι n=75%
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS - αντλίεσ 1. DESIGN TAB ΑΝΤΛΙΕΣ Αποτελζςματα 2. PERFORMANCE TAB Pressure head: Φψοσ πίεςθσ Velocity head: Κινθματικό Φψοσ
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ HYSYS ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ (Ηeat Exchangers)
Eξοπλιςμόσ Heater/Cooler Heat exchanger
Cooler Heater Χαρακτθριςτικά Εναλλάκτεσ κερμότθτασ μιασ κατεφκυνςθσ Το ρεφμα ειςόδου ψφχεται ι κερμαίνεται ςτισ απαιτοφμενεσ ςυνκικεσ και Το ενεργειακό ρεφμα παρζχει ι απορροφά τθν ενζργεια για τθν απαιτοφμενθ μεταβολι τθσ ενκαλπίασ των δφο ρευμάτων Χριςθ Χρθςιμοποιείται όταν ενδιαφερόμαςτε μόνο για το ποςό ενζργειασ που απαιτείται για τθ ψφξθ ι τθ κζρμανςθ ενόσ ρεφματοσ με μία διάταξθ και δεν μασ ενδιαφζρουν οι ςυνκικεσ λειτουργίασ τθσ διάταξθσ
Cooler Heater Βαςικζσ εξιςϊςεισ Ιςοηφγιο ενζργειασ F in H in Q F out H out Q F ( H H out in) Fin, Fout = παροχι ειςόδου, εξόδου Hin, Hout = ενκαλπία ειςόδου, εξόδου Q = κερμικό κακικον (Heater, cooler)
Cooler Heater Βαςικζσ εξιςϊςεισ Θερμικό κακικον Cooler: Heat Flow inlet,- Duty cooler= Heat Flow outlet Heater: Heat Flow inlet,+ Duty heater= Heat Flow outlet
Design Tab Cooler Heater Connections Ρεφμα μάηασ ειςόδου (Inlet Material Stream) Ρεφμα μάηασ εξόδου (Outlet Material Stream) Ρεφμα ενζργειασ (Energy Stream)
Design Tab Cooler Heater Parameters Πτώςθ πίεςθσ (Pressure Drop) Ενεργειακό Φορτίο (Duty) Ειςάγονται απευκείασ ι υπολογίηονται από τα ςυνδεόμενα ρεφματα
Cooler Heater A.Οριςμόσ τροφοδοςίασ B.Οριςμόσ των παρακάτω μεταβλθτϊν A. Ρίεςθ εξόδου ι Ρτϊςθ Ρίεςθσ B. Θερμοκραςία εξόδου ι Ενεργειακό Φορτίο C. Ολοκλιρωςθ υπολογιςμϊν
Εναλλάκτεσ κερμότθτασ (ΙΙ) Χαρακτθριςτικά Εναλλάκτεσ κερμότθτασ δφο κατευκφνςεων Ιςοηφγιο ενζργειασ και μάηασ για κερμό και ψυχρό ρεφμα Ρεριλαμβάνει απϊλειεσ ενζργειασ Χριςθ Επιλφει ωσ προσ κερμοκραςίεσ, ροζσ, πιζςεισ ι ολικό ςυντελεςτι μεταφοράσ κερμότθτασ
image url
image url
Εναλλάκτες θερμότητας (ΙΙ) Δυνατζσ επιλογζσ End Point χωρίσ αλλαγι φάςθσ, ςτακερό cp, ςτακερό U) Weighted (αλλαγι φάςθσ) Steady State Rating (χωρίσ αλλαγι φάςθσ για διαςταςιολόγθςθ του εναλλάκτθ)
Βαςικζσ εξιςϊςεισ Ιςοηφγιο ενζργειασ F ( H H ) Q F ( H H ) Q 0 cold Εναλλάκτες θερμότητας (ΙΙ) out in cold leak F cold, F hot = παροχι ψυχροφ, κερμοφ ρεφματοσ H in, H out = ενκαλπία ειςόδου, εξόδου ψυχροφ και κερμοφ ρεφματοσ Q leak = διαρροι κερμότθτασ (απϊλειεσ ψυχρισ πλευράσ) Q loss = απϊλεια κερμότθτασ (απϊλειεσ κερμισ πλευράσ) Θερμικό κακικον (ολικι κερμότθτα που ανταλλάςςεται μεταξφ των αυλϊν και του κελφφουσ) Q U hot out A T TM F T U = ολικός ζσνηελεζηής μεηαθοράς θερμόηηηας Α = επιθάνεια εναλλαγής θερμόηηηας ΔΤ ΤΜ = μέζη λογαριθμική μεηαβολή θερμοκραζίας F T = ζσνηελεζηής διόρθωζης ηης θερμοκραζίας in hot loss
Εναλλάκτεσ θερμότητας (ΙΙ) End Point Ραράμετροι Tubeside and Shell Side DP (Ρτϊςθ πίεςθσ ςτο κζλυφοσ και ςτουσ αυλοφσ) UA (Συντελεςτισ μεταφοράσ κερμότθτασ x επιφάνεια εναλλαγισ kj/c h) Exchanger geometry for Ft calculation
Εναλλάκτες θερμότητας (ΙΙ) End Point Design Tab- Connections
Εναλλάκτες θερμότητας (ΙΙ) End Point Design Tab- Parameters Tab
Εναλλάκτες θερμότητας (ΙΙ) End Point Performance Tab Duty Θερμικό κακικον (ολικι κερμότθτα που ανταλλάςςεται μεταξφ των αυλϊν και του κελφφουσ)
Σθμείωμα Xριςθσ Ζργων Τρίτων Εικόνεσ από ιςτότοπουσ : https://en.wikipedia.org/wiki/shell_and_tube_heat_exchanger
Χρθματοδότθςθ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό ζχει αναπτυχκεί ςτo πλαίςιo του εκπαιδευτικοφ ζργου του διδάςκοντα. Το ζργο «Ανοικτά Ακαδθμαϊκά Μακιματα ςτο Ρανεπιςτιμιο Ακθνϊν» ζχει χρθματοδοτιςει μόνο τθν αναδιαμόρφωςθ του εκπαιδευτικοφ υλικοφ. Το ζργο υλοποιείται ςτο πλαίςιο του Επιχειρθςιακοφ Προγράμματοσ «Εκπαίδευςθ και Δια Βίου Μάκθςθ» και ςυγχρθματοδοτείται από τθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εκνικοφσ πόρουσ.
Σθμείωμα Ιςτορικοφ Εκδόςεων Ζργου Το παρόν ζργο αποτελεί τθν ζκδοςθ 1.0.0.
Σθμείωμα Αναφοράσ Copyright Πανεπιςτιμιο Πατρϊν. Κακθγθτισ, Δθμιτριοσ Ματαράσ. «Φυςικζσ Διεργαςίεσ ΙΙ». Ζκδοςθ: 1.0. Πάτρα 2015. Διακζςιμο από τθ δικτυακι διεφκυνςθ: https://eclass.upatras.gr/courses/cmng2120/
Σθμείωμα Αδειοδότθςθσ Το παρόν υλικό διατίκεται με τουσ όρουσ τθσ άδειασ χριςθσ Creative Commons Αναφορά, Μθ Εμπορικι Χριςθ Παρόμοια Διανομι 4.0 *1+ ι μεταγενζςτερθ, Διεκνισ Ζκδοςθ. Εξαιροφνται τα αυτοτελι ζργα τρίτων π.χ. φωτογραφίεσ, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριζχονται ςε αυτό και τα οποία αναφζρονται μαηί με τουσ όρουσ χριςθσ τουσ ςτο «Σθμείωμα Χριςθσ Ζργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ωσ Μθ Εμπορικι ορίηεται θ χριςθ: που δεν περιλαμβάνει άμεςο ι ζμμεςο οικονομικό όφελοσ από τθν χριςθ του ζργου, για το διανομζα του ζργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομικι ςυναλλαγι ωσ προχπόκεςθ για τθ χριςθ ι πρόςβαςθ ςτο ζργο που δεν προςπορίηει ςτο διανομζα του ζργου και αδειοδόχο ζμμεςο οικονομικό όφελοσ (π.χ. διαφθμίςεισ) από τθν προβολι του ζργου ςε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιοφχοσ μπορεί να παρζχει ςτον αδειοδόχο ξεχωριςτι άδεια να χρθςιμοποιεί το ζργο για εμπορικι χριςθ, εφόςον αυτό του ηθτθκεί.