Модуль Течение в трубопроводах (Pipe Flow)

Программное обеспечение для моделирования процессов переноса и акустических процессов в сетях труб

Модуль Течение в трубопроводах (Pipe Flow)

Охлаждение прессформы для отливки рулевого колеса: Неизотермический поток в трубе полностью связан с моделированием теплопередачи в форме и полиуретановой детали.

Проанализируйте все параметры технологического процесса при снижении требований к вычислительным ресурсам

Модуль Pipe Flow (Течение в трубопроводах) используется для моделирования потоков жидкости, теплопередачи, переноса массы, гидравлических переходных процессов, а также акустических явлений в системах труб и каналов. Он легко интегрируется с любыми другими модулями из семейства продуктов COMSOL® для моделирования влияния трубопроводов на более крупные системы, например, каналов системы охлаждения в блоках цилиндров двигателей или подающих каналов и продуктопроводов, подключенных к сосудам. Это позволяет экономить вычислительные ресурсы при полномасштабном моделировании процессов, включающих сети труб, и одновременно позволяя получить полное описание параметров процессов в этих сетях. Моделирование потока в трубах обеспечивает получение скорости, давления, концентрации материалов, а также распределения температуры в трубах и каналах, с возможностью моделирования распространения акустических волн и гидравлического удара.

Идеально подходит для моделирования режимов потока несжимаемой жидкости

Модуль Pipe Flow подходит для моделирования потоков несжимаемой жидкости в трубах и каналах достаточной длины, чтобы поток считался полностью развитым. В нем используются краевые элементы и одна тангенциальная компонента средней скорости, направленная вдоль краев с тем, чтобы не строить двумерную или трехмерную сетку в поперечном сечении трубы. Это значит, что моделируемые переменные усредняются в поперечном сечении трубы и что они изменяются только вдоль длины трубы. Встроенные выражения для расчета коэффициентов трения Дарси охватывают все режимы течения, включая ламинарное и турбулентное течение, для ньютоновских и неньютоновских жидкостей при различной форме поперечного сечения или геометрии для широкого диапазона относительных значений шероховатости поверхности. Эти параметры могут изменяться в зависимости от положения в сети или их можно непосредственно связать с моделируемыми переменными.

Трение – это отнюдь не единственный фактор, вызывающий потери давления в сетях труб. Модуль Pipe Flow позволяет также учитывать влияние изгибов, сужений, расширений, Т-образных соединений и вентилей, которое рассчитывается на основании обширной библиотеки стандартных отраслевых коэффициентов потерь, возможен также учет насосов в качестве устройств, которые вызывают течение. Как и в любом другом физическом интерфейсе семейства продуктов COMSOL, пользователь может свободно изменять основные уравнения и добавлять собственные условия для источников и стоков, а также выражения физических свойств в виде функций любых переменных модели. COMSOL Multiphysics® также позволяет вводить данные для описания определенных свойств материалов и параметров процессов, а также подпрограммы, написанные в MATLAB®.


Дополнительные изображения с примерами:

  • Система отопления включает в себя циркуляцию жидкости в пруду. Моделируется температурный профиль системы и перепад давления. Система отопления включает в себя циркуляцию жидкости в пруду. Моделируется температурный профиль системы и перепад давления.
  • Акустика трубопроводов связывается с трехмерной акустической моделью давления с помощью микрофона-зонда в трубе. Акустика трубопроводов связывается с трехмерной акустической моделью давления с помощью микрофона-зонда в трубе.
  • Резкие изменения давления в трубе после быстрого закрытия вентиля, вызывающего гидравлический удар. Резкие изменения давления в трубе после быстрого закрытия вентиля, вызывающего гидравлический удар.
  • Использование тепла Земли – это энергоэффективный метод теплоснабжения зданий, при котором теплосборники устанавливаются под землей. Эта модель сравнивает различные системы, установленные под поверхностью земли, с типичными тепловыми свойствами верхних слоев садовой почвы. Использование тепла Земли – это энергоэффективный метод теплоснабжения зданий, при котором теплосборники устанавливаются под землей. Эта модель сравнивает различные системы, установленные под поверхностью земли, с типичными тепловыми свойствами верхних слоев садовой почвы.
  • Установленные под полом устройства отопления и охлаждения – это разновидность систем центрального отопления и охлаждения, при наличии которых регулирование микроклимата и создание комфортных условий в помещениях осуществляется посредством теплопроводности, излучения и конвекции. Они обеспечивают более равномерный обогрев помещения, чем конвекционные вентиляторы или настенные радиаторы. Это приложение моделирует баланс между требованиями к температуре и падению давления (эксплуатационными расходами), а также затратами на строительство и материалы (капитальные затраты) для различных материалов полов и размеров помещений. Установленные под полом устройства отопления и охлаждения – это разновидность систем центрального отопления и охлаждения, при наличии которых регулирование микроклимата и создание комфортных условий в помещениях осуществляется посредством теплопроводности, излучения и конвекции. Они обеспечивают более равномерный обогрев помещения, чем конвекционные вентиляторы или настенные радиаторы. Это приложение моделирует баланс между требованиями к температуре и падению давления (эксплуатационными расходами), а также затратами на строительство и материалы (капитальные затраты) для различных материалов полов и размеров помещений.

Связь модуля Pipe Flow с другими физическими явлениями и приложениями

Интерфейсы для физики модуля Pipe Flow описывают сохранение момента, энергии и массы в жидкостях в системе труб или каналов. Эти системы легко связываются с другими системами, которые нельзя описать с помощью методов аппроксимации, включенных в модуль Pipe Flow, и которым требуется полное двумерное и трехмерное описание физических процессов в системе. Модуль Pipe Flow позволяет преобразовать данные для краев в данные для поверхностей и объемов, а также осуществлять обратное преобразование. Это означает, что поток и теплопередачу в сети труб можно связать с аналогичными процессами, происходящими, например, в полностью заполненном сеткой трехмерном сосуде, и решать их одновременно. Кроме того, как и для всех основанных на физических процессах продуктов COMSOL, возможно такое связывание различных физических формул, которое позволяет легко находить решения для таких характеристик, как тепловое напряжение, например, тепловые напряжения в блоке цилиндров с каналами системы охлаждения.

В модуле Pipe Flow имеются специализированные интерфейсы для моделирования процессов теплопередачи и переноса массы, а также химических реакций. Трубопроводная сеть может быть встроена, например, в трехмерную сплошную область. В случае теплопередачи этот модуль рассчитывает баланс энергии в системе труб, включая вклад от взаимодействия в трехмерной области, который выражается в виде источников или стоков в уравнениях для трубы. Это производится автоматически в фоновом режиме путем активации взаимодействия с двумерным или трехмерным представлением сплошного материала в графическим пользовательском интерфейсе, где также можно выбрать одну из имеющихся корреляций для принудительной и естественной конвекции при нахождении в окружающей среде, материалов труб, а также толщин стенок труб, включенных в модуль Pipe Flow. Интерфейсы, созданные на основе переноса материалов, позволяют решать задачи баланса масс в системе труб, а при условии связи с описанием течений в трубах учитывают также диффузию, конвекцию, дисперсию и химические реакции.

Физические аспекты анализа гидравлического удара и акустических процессов в трубах

В модуле Pipe Flow моделируется сжимаемый поток, подвергающийся быстрым переходным гидравлическим процессам с учетом упругих свойств жидкости и стенки. Такие явления могут возникать при быстром закрытии клапана, они получили название «гидравлический удар».

Распространение звуковых волн по гибким трубам также учитывается при проектировании, планировании и построении таких сетей. При комбинировании с модулем Acoustics (Акустика) модуль Pipe Flow позволяет выполнять акустический анализ как в частотной, так и во временной области. Физические задачи, решаемые в модуле Pipe Flow, могут быть легко связаны с любыми другими физическими задачами в сети труб, а также с физическими задачами в системе, окружающей сеть труб.

Моделирование течения в трубе, прекрасно подходящее для многих отраслей

Модуль Pipe Flow (Течения в трубопроводах) подходит для моделирования сетей труб и каналов любых видов, где возможно течение, перенос масс, теплопередача и распространение акустических волн. В их число входят системы трубопроводов на предприятиях химической и обрабатывающей промышленности, электростанциях, нефтеперерабатывающих заводах, нефтепроводы и водопроводы, системы вентиляции, системы охлаждения двигателей и турбин. Кроме того, он существенно расширяет моделирование в среде COMSOL Multiphysics и дополнениях к ней. Сюда входит оптимизация сложных комплексных систем охлаждения турбин, литейных форм, литья и теплообменников, проектирование систем вентиляции зданий и разработка геотермальных систем отопления.

Все перечисленные здесь торговые марки являются собственностью их владельцев. Корпорация COMSOL AB и ее дочерние компании и продукция не аффилированы с владельцами этих марок, не утверждались, не финансировались и не поддерживались ими. Перечень владельцев таких торговых марок приведен на сайте http://www.comsol.com/tm.

Simulation Enables the Next Generation of Power Transformers and Shunt Reactors

Convective Flow in a Heat Exchanger Plate

Cooling of an Injection Mold

Discharging Tank

Water Hammer

Probe Tube Microphone

Geothermal Heating from a Pond Loop

Insulation of a Pipeline Section

Organ Pipe Design