Leitungssystembibliothek - 1D-CFD

Es gibt zahlreiche Aspekte, die die Konstruktion und den anschließenden sicheren Betrieb von hydraulischen Rohrsystemen beeinflussen. Viele von ihnen können mit einfachen Konstruktionsregeln abgedeckt werden, die Datentabellen oder quasistatische Berechnungen verwenden.

Wenn es um dynamische Lastfälle geht, kommt die numerische Simulation ins Spiel. In dieser Situation ziehen Ingenieure häufig nur die 3D-CFD-Simulation in Betracht, die große numerische Modelle erfordert und daher für große komplexe Systeme zeitaufwändig ist.

Die 1D-Simulation von Rohrsystemen bietet einen alternativen Ansatz. Aufgrund der reduzierten numerischen Komplexität ist die 1D-Rohrleitungssimulation in der Lage, instationäre Änderungen im Betriebszustand der hydraulischen Rohrleitung in nur einem Simulationslauf zu analysieren.

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Welche Rohrleitungssysteme sind gemeint?

  • In the oil and gas and other process industries, the pipes are responsible for distributing the fluid throughout the plant.
  • In Wasserverteilungssystemen oder bei Öl- und Gaspipelines erstreckt sich das Rohrnetz sogar über große Entfernungen.
  • Andere Anwendungen sind Heizungs- und Feuerlöschsysteme in großen Gebäuden oder Produktverteilungsanlagen wie in Brauereien oder Molkereien.
  • In viel kleinerem Maßstab, aber immer noch mit hohen Anforderungen, finden sich hydraulische Rohre in modernen Personenwagen oder Nutzfahrzeugen

Alle diese Rohrleitungssysteme haben gemeinsam, dass das zu transportierende Medium unter Druck steht. Das bedeutet, dass der einfachste Fehler zu Problemen beim Betrieb führen kann. Insbesondere bei großen, mehrfach verzweigten Rohrnetzen muss das Zusammenspiel der Komponenten und des Rohrnetzes analysiert und verstanden werden, bevor die eigentliche Inbetriebnahme des Systems erfolgt. Um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, müssen die Rohrleitungssysteme deshalb von Anfang an in die Gesamtplanung des Systems einbezogen werden.

Bibliothekseigenschaften

Die maßgeblichen Modellgleichungen, die numerisch gelöst werden müssen, variieren je nach Aufgabenstellung:

  • Standardmodell - Standardanalyse des hydraulischen/pneumatischen Kreislaufs. Diese Gleichungen werden immer gelöst
  • Geeignet für Gase und Flüssigkeiten - Parametrierung erfolgt über druck- und temperaturabhängige Stoffdaten
  • Viskoelastischer Schlauch - Frequenzabhängige Dämpfungseigenschaften von Schläuchen und Kunststoffrohren werden betrachtet
  • Thermohydraulik - Berücksichtigung von Wärmeübertragung und dissipativer Erwärmung
  • Stützkraftberechnung - Berechnung der Auflagerkräfte an Rohrbögen und Verengungen
  • Fluid-Struktur-Interaktion - Berücksichtigung der Dynamik der Rohrwand (Biegung, Torsion, Längsschnitt)
  • Dampfkavitation - Drücke unterhalb des lokalen Dampfdrucks führen zur Bildung von Dampfblasen
  • Gaskavitation - Berücksichtigung der Tatsache, dass Flüssigkeiten Gase druckabhängig lösen
  • Gastransport - Ungelöstes Gas wird mit der Flüssigkeit transportiert
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