Программный комплекс для гидравлических расчетов. Возможности HydroSys

1. HYDROSYS

Программный комплекс
для гидравлических расчетов

2. Возможности HydroSys

Введение.
Расчет осевых и закрученных
потоков.
Возможности
Расчет гидросистем, образованных последовательностью
соединений отдельных участков, т.е. линейных.
HydroSys
Возможности Hy droSy s
Решение прямой задачи гидравлики,
кроме того, может быть подготовлен
для решения обратной и смешанных
гидравлических задач, в том числе неклассического типа (например, оптимизационных).

3. Научная новизна

Введение.
HydroSys
Принадлежность к информационным системам “открытого” типа
и возможность постоянного расширения его функциональных
возможностей без переделки существующих программных
единиц. Новый участок в HydroSys образуется путем создания
его расчетной схемы в простейшем текстовом редакторе.
Нау чная новизна

4. Качественная модель

Качественная модель.
HydroSys
Рассматривается гидросистема, образованная последовательно соединенными отдельными участками.
Качественная
модель
Известными
являются секундный
, температура Т и
массовый расход m
давление р рабочего тела (газ или жидкость), а также все геометрические характеристики элементов.
Т, р, m

5. Качественная модель

Качественная модель.
Физические свойства - плотность, - вяз-
кость текущей среды определяются заданными
значениями температуры и давления. Текущая
среда считается сжимаемой.
Процесс течения принимается изотермическим,
то есть температура на любом из участков гидросистемы остается постоянной и равной температуре на входе.
К
а
ч
е
с
т
в
е
н
н
а
я
м
о
д
е
л
ь
HydroSys
= (T, p)
= (T, p)
T = const
Необходимо провести расчет падения давления в гидросистеме, как суммы падений давления на каждом из участков
гидросистемы с учетом изменения физических свойств рабочего
тела за счет изменения давления и зависимости коэффициентов
сопротивления участков от режима течения.

6. Математическая модель

Математическая модель.
HydroSys
В основе математической модели гидросистемы лежит принцип её
декомпозиции на отдельные элементы - участки, для которых рассчитывается падения давления по заданным значениям плотности и скорости потока и определяемого экспериментально коэффициента сопротивления.
М
а
т
е
м
а
т
и
ч
е
с
к
а
я
м
о
д
е
л
ь
N
Δp Δ pi
i 1
р1
р2
рN
pi - потери давления на i -ом элементе или участке гидросистемы, N –
количество участков. Величина падения давления на отдельном участке
гидросистемы рассчитываются с помощью известной формулы
сопротивления.

7. Математическая модель

Математическая модель.
HydroSys
2
ρ
w
Δpi isum i i
2
isum = isum(Re,а)
isum - суммарный коэффициент гидравлического сопротивления i - го
М
а
т
е
м
а
т
и
ч
е
с
к
а
я
м
о
д
е
л
ь
участка гидросистемы, определяемый экспериментально и зависящий от числа Рейнольдса и геометрических параметров элемента;
– плотность текущей среды на i -м участке гидросистемы, определяемая давлением в потоке и его температурой;
wi – средняя скорость течения на i – м участке.

8. Математическая модель

Математическая модель.
HydroSys
Число Рейнольдса является основным динамическим параметром потока рабочего тела, характеризует режим течения, выражая собой отношение инерциальных сил к силам вязкости
wDH
Re
где DH – гидравлический диаметр; – кинематический коэффициент
вязкости.
М
а
т
е
м
а
т
и
ч
е
с
к
а
я
м
о
д
е
л
ь
В частном случае можно полагать, что течение изотермическое, и все
Ti = T0 , где T0 – температура на входе. Скорость потока рабочего тела может быть вычислена по заданной величине секундного массового расхода
m
w
ρF
F – площадь поперечного сечения.

9. Математическая модель

Математическая модель.
HydroSys
Коэффициент гидравлического сопротивления представляется в виде суммы коэффициента сопротивления трения fr и коэффициента
местных гидравлических сопротивлений loc
sum fr loc
где
fr
l
Dh
М
а
т
е
м
а
т
и
ч
е
с
к
а
я
м
о
д
е
л
ь
Здесь - коэффициент сопротивления движению жидкости в участке
гидросистеме вследствие трения. Определяемые экспериментально
коэффициенты сопротивления приводятся в справочной литературе.

10. Методика расчета гидросистем

Методика расчета гидросистем. HydroSys
Предлагаемая методика позволяет рассчитывать линейные гидросистемы. При этом любая из них рассматривается
как гидравлическая сеть с некоторым числом разнообразных
фасонных частей, различных препятствий в виде дроссельных
и иных видов устройств.
М
е
т
о
д
и
к
а
р
а
с
ч
е
т
а
г
и
д
р
о
с
и
с
т
е
м
В основе методики расчета гидросистем лежит принцип их
декомпозиции на отдельные элементы – участки. Расчет падения давления в гидросистеме сводится к последовательности
расчетов падения давления на каждом отдельном участке, после чего полученные значения потерь давления суммируются.

11. Методика расчета гидросистем. Начальные данные

Методика расчета гидросистем. HydroSys
В связи с задачами, поставленными при проектировании,
наиболее часто приходится решать прямую задачу гидравлики, для которой исходными данными являются:
Вид рабочего тела;
Давление в рабочем теле на входе в гидросистему, Р0;
Температура рабочего тела на входе, Т0;
Массовый расход рабочего тела на входе, m
;
Геометрические размеры всех участков гидросистемы.
М
е
т
о
д
и
к
а
р
а
с
ч
е
т
а
г
и
д
р
о
с
и
с
т
е
м
.
Н
а
ч
а
л
ь
н
ы
е
д
а
н
н
ы
е
Последовательность расчета каждого участка гидросистемы,
при условии, что исходные данные известны, состоит в следующих вычислениях

12. Методика расчета гидросистем. Последовательность расчета

Методика расчета гидросистем. HydroSys
1.
Плотность рабочего тела и вязкость определяются
по таблицам по заданным значениям Pi и Т
М
е
т
о
д
и
к
а
р
а
с
ч
е
т
а
г
и
д
р
о
с
и
с
т
е
м
.
П
о
с
л
е
д
о
в
а
т
е
л
ь
н
о
с
т
ь
р
а
с
ч
е
т
а
2.
Площадь F и периметр сечения участка, ортогонального направлению
потока, вычисляются по соответствующим геометрическим формулам
3.
4.
Определение гидравлического диаметра участка
4F
Dh
Скорость рабочего тела вычисляется согласно условию постоянства
m
массового расхода W 0
F

13. Методика расчета гидросистем. Последовательность расчета

Методика расчета гидросистем. HydroSys
6.
Определение коэффициента гидравлического сопротивления sum как
суммы коэффициента местного сопротивления и коэффициента сопротивления трения производится с помощью
справочника.
М
е
т
о
д
и
к
а
р
а
с
ч
е
т
а
г
и
д
р
о
с
и
с
т
е
м
.
П
о
с
л
е
д
о
в
а
т
е
л
ь
н
о
с
т
ь
р
а
с
ч
е
т
а
7.
5.
Определение числа
Рейнольдса
W Dh
Re
Завершение расчета участка гидросистемы: определение перепада давле2
ния в элементе
sum ρi wi
Δpi i
8.
2
Вычислить давление на выходе из этого участка и провести расчет
физических параметров текущей среды при новых значениях давления –
плотности, коэффициентов динамической и кинематической вязкости.

14. Практическое применение. Ценность

Практическое применение. HydroSys
П
р
а
к
т
и
ч
е
с
к
о
е
п
р
и
м
е
н
е
н
и
е
.
Ц
е
н
н
о
с
т
ь
Может эксплуатироваться инженером, имеющим минимальные
навыки в работе на персональном компьютере, при конструировании или расчете линейных
гидравлических систем, как для
известных конструкций, так и
для принципиально новых.

15. Практическое применение. Создание и изменение

Практическое применение. HydroSys
Создание и
добавление
нового участка
в гидросистему
производится
нажатием
нескольких
кнопок
П
р
а
к
т
и
ч
е
с
к
о
е
п
р
и
м
е
н
е
н
и
е
.
С
о
з
д
а
н
и
е
и
и
з
м
е
н
е
н
и
е

16. Практическое применение. Начальные данные

Практическое применение. HydroSys
П
р
а
к
т
и
ч
е
с
к
о
е
п
р
и
м
е
н
е
н
и
е
.
Н
а
ч
а
л
ь
н
ы
е
д
а
н
н
ы
е
Начальные данные для расчета указываются в соответствующих окошках. Рабочее тело и его агрегатное состояние
выбираются из раскрывающихся списков.

17. Практическое применение. Расчет

Практическое применение. HydroSys
Расчет можно производить двумя способами
П
р
а
к
т
и
ч
е
с
к
о
е
п
р
и
м
е
н
е
н
и
е
.
Р
а
с
ч
е
т
или
Все изделие сразу
Последовательно
для каждого участка

18. Практическое применение. Результат

Практическое применение. HydroSys
Результат может быть представлен в виде:
Численном
Графическом
Специально созданного
протокола
П
р
а
к
т
и
ч
е
с
к
о
е
п
р
и
м
е
н
е
н
и
е
.
Р
е
з
у
л
ь
т
а
т

19. Базы данных

Базы данных.
HydroSys
HydroSys обладает базой данных теплофизических свойств
рабочих тел. Файлы содержат значения вязкости, плотности и
коэффициентов сопротивления.
Б
а
з
ы
д
а
н
н
ы
х

20. Базы данных. Создание

Базы данных.
HydroSys
База данных может быть пополнена одним из двух способов:
1) Создание новых файлов. Сначала файл создается в простейшем текстовом редакторе, затем конвертируется в самой программе HydroSys.
Б
а
з
ы
д
а
н
н
ы
х
.
С
о
з
д
а
н
и
е

21. Базы данных. Изменение

Базы данных.
2) Изменение старых файлов.
Б
а
з
ы
д
а
н
н
ы
х
.
И
з
м
е
н
е
н
и
е
HydroSys

22. Апробация работы.

HydroSys
Апробация работы программного комплекса проводилась в КБ
Химавтоматики путем сопоставления результатов экспериментов
с данными, полученными средствами HydroSys.
В качестве примера приведены результаты расчета центробежной крупнорасходной соосно-струйной форсунки с закруткой
потока на входе.
А
п
р
о
б
а
ц
и
я
р
а
б
о
т
ы
.

23. Апробация работы.

HydroSys
Сравнение результатов проливок* с результатами расчета,
проведенного с помощью HydroSys
Жидкий кислород
20
20
17,35
17,35
15
12,06
А
п
р
о
б
а
ц
и
я
р
а
б
о
т
ы
.
12,08
10
6,6
5
6,6
0
Перепад давления, бар
Перепад давления, бар
Вода
18,06
18,04
15
10
9,95
7,63
7,65
5
0
0
0,5
1
1,5
Массовый расход, кг/с
2
Проливка
0
2
4
6
Массовый расход, кг/с
8
HydroSys
* Результаты проливок являются обобщением большого количества экспериментальных данных

24. Заключение

HydroSys
Заключение.
Простота создания
различных гидросистем
Стандартные окна
Простота расчета
Простота эксплуатации
З
а
к
л
ю
ч
е
н
и
е
Возможность расширения
функциональных возможностей
Создание новых
участков
Создание новых
файлов базы данных

25.

Заключение.
HydroSys
З
а
к
л
ю
ч
е
н
и
е
Презентация подготовлена Голиковой Е.В.