Pipe Flow Module

Per modellare i fenomeni di trasporto e l'acustica nelle reti di tubazioni

Pipe Flow Module

Raffreddamento dello stampo a iniezione di un volante: il flusso non isotermo nella tubazione è completamente accoppiato alla simulazione di scambio termico dello stampo (solido) e della parte in poliuretano.

Considerare tutte le variabili di processo con risorse computazionali ridotte

Il Pipe Flow Module è utilizzato per le simulazioni di flusso di fluidi, trasferimento di calore e di massa, transitori idraulici e acustica in reti di tubazioni e canalizzazioni. Può essere facilmente integrato con uno qualsiasi degli altri moduli della suite di prodotti COMSOL® per modellare gli effetti delle tubazioni su entità più grandi, come canne di raffreddamento in monoblocchi o canali di alimentazione e di prodotto collegati a recipienti. Ciò consente di risparmiare risorse computazionali nella modellazione dei processi costituiti da reti di tubazioni, senza impedire l'utilizzo della descrizione completa delle variabili del processo all'interno di queste reti. Le simulazioni dei flussi nelle tubazioni calcolano velocità, pressione, concentrazioni di materiale e distribuzioni di temperatura lungo tubazioni e canali, ma possono anche includere la propagazione delle onde acustiche e l'effetto del colpo d'ariete.

Ideale per modellare flussi in regime incomprimibile

Il Pipe Flow Module consente di modellare il flusso incomprimibile in tubazioni e canali di lunghezza sufficiente per considerare il flusso completamente sviluppato. Utilizza elementi 1D con una componente di velocità media tangente lungo gli elementi, per evitare la mesh 2D o 3D della sezione trasversale del tubo. Questo significa che le variabili modellate sono mediate nelle sezioni trasversali e variano solo nel senso della lunghezza del tubo. Le espressioni già incorporate per i coefficienti di attrito di Darcy soddisfano l'intero regime di flusso, compreso il flusso laminare e turbolento, fluidi newtoniani e non newtoniani, forme o geometrie diverse della sezione trasversale e una vasta gamma di valori di rugosità superficiale relativa. Questi valori possono essere modificati a seconda della loro posizione nella rete o correlati direttamente alle variabili da modellare.

L'attrito non è l'unico contributo alla perdita di carico nelle reti di tubi. Il Pipe Flow Module considera anche gli effetti di gomiti, contrazioni, espansioni, giunti a T e valvole, che sono calcolati attraverso un'ampia libreria di coefficienti di perdita standard del settore. Le pompe possono essere inoltre considerate come dispositivi che accelerano il flusso. Come con qualsiasi interfaccia fisica della suite di prodotti COMSOL, è possibile modificare liberamente le equazioni di base, aggiungere termini di pozzo o sorgente ed esprimere una proprietà fisica come funzione di una variabile qualsiasi del modello. COMSOL Multiphysics® consente anche di importare i dati per descrivere una determinata proprietà del materiale o un parametro di processo, come anche le subroutine programmate in MATLAB®.


Altre immagini:

  • Un impianto di riscaldamento prevede la circolazione di un fluido in uno stagno. È rappresentato il profilo di temperatura del sistema, insieme alla caduta di pressione. Un impianto di riscaldamento prevede la circolazione di un fluido in uno stagno. È rappresentato il profilo di temperatura del sistema, insieme alla caduta di pressione.
  • L'acustica nelle tubazioni è accoppiata a un modello 3D di pressione acustica in un microfono con sonda a tubo. L'acustica nelle tubazioni è accoppiata a un modello 3D di pressione acustica in un microfono con sonda a tubo.
  • Transitori di pressione in una tubazione dopo la chiusura improvvisa di una valvola che innesca il fenomeno del colpo d'ariete. Transitori di pressione in una tubazione dopo la chiusura improvvisa di una valvola che innesca il fenomeno del colpo d'ariete.
  • Lo sfruttamento del calore della terra è un metodo energetico efficiente per riscaldare le case dotate di sistemi di convogliamento nel sottosuolo. Questo modello confronta diversi sistemi installati nel sottosuolo con tipiche proprietà termiche di uno strato superiore del suolo in un giardino. Lo sfruttamento del calore della terra è un metodo energetico efficiente per riscaldare le case dotate di sistemi di convogliamento nel sottosuolo. Questo modello confronta diversi sistemi installati nel sottosuolo con tipiche proprietà termiche di uno strato superiore del suolo in un giardino.
  • Riscaldamento e raffrescamento a pavimento sono metodi di riscaldamento e raffreddamento per il controllo del comfort termico in ambienti interni usando conduzione, irraggiamento e convezione. Essi offrono la possibilità di avere un riscaldamento più uniforme in una stanza rispetto ai metodi di ventilazione e di radiatori da parete. Questa applicazione simula l'equilibrio tra le esigenze di temperatura e le perdita di carico (costi di gestione) insieme con i costi di costruzione e dei materiali (costi fissi) per diversi materiali e dimensioni del pavimento. Riscaldamento e raffrescamento a pavimento sono metodi di riscaldamento e raffreddamento per il controllo del comfort termico in ambienti interni usando conduzione, irraggiamento e convezione. Essi offrono la possibilità di avere un riscaldamento più uniforme in una stanza rispetto ai metodi di ventilazione e di radiatori da parete. Questa applicazione simula l'equilibrio tra le esigenze di temperatura e le perdita di carico (costi di gestione) insieme con i costi di costruzione e dei materiali (costi fissi) per diversi materiali e dimensioni del pavimento.

Accoppiamento del flusso nelle tubazioni ad altri tipi di applicazioni e fisiche

La fisica nel Pipe Flow Module descrive la conservazione di quantità di moto, energia e massa nei fluidi all'interno di un impianto di tubazione o canalizzazione. Questi impianti possono essere accoppiati facilmente ad altri che non possono essere descritti con i metodi approssimativi del Pipe Flow Module, ma richiedono una descrizione completa della fisica in 2D o 3D. Il Pipe Flow Module consente di accoppiare i dati degli elementi 1D alle superfici e ai volumi e viceversa, in modo che il trasferimento di flusso o di calore in una rete di tubi possa essere accoppiato a quello che avviene ad esempio in un recipiente 3D con mesh completa e venga risolto contemporaneamente. Inoltre, come con tutti i prodotti basati su una delle fisiche della suite COMSOL, questo accoppiamento può verificarsi tra formulazioni fisiche diverse, così che si possa risolvere altrettanto facilmente una proprietà come lo sforzo termico presente, ad esempio, in un monoblocco dotato di canali di raffreddamento.

Il Pipe Flow Module offre interfacce fisiche specifiche per la modellazione del trasferimento di calore e di massa e delle reazioni chimiche. La rete di tubi può essere incorporata ad esempio in un dominio solido 3D. Nel caso del trasferimento di calore, il modulo calcola il bilancio energetico nell'impianto di tubazione, compresi i contributi derivati dall'interazione con il dominio 3D, che nelle equazioni sono espressi con i termini di source o sink. Ciò avviene automaticamente "dietro le quinte" attivando l'interazione con il materiale solido 2D o 3D nell'interfaccia utente grafica (GUI), in cui è anche possibile selezionare una delle correlazioni disponibili per convezione forzata e naturale nell'ambiente circostante, materiali e spessori di parete dei tubi (inclusi nel Pipe Flow Module). Le interfacce fisiche basate sul trasporto di materiale risolvono il bilancio di massa all'interno dell'impianto e, se sono accoppiate alla descrizione del flusso nelle tubazioni, considerano anche diffusione, convezione, dispersione e reazioni chimiche.

Fisica per l'analisi del colpo d'ariete e dell'acustica nelle tubazioni

Il Pipe Flow Module modella il flusso comprimibile causato dai rapidi transitori idraulici mediante l'introduzione nelle analisi delle proprietà elastiche del fluido e delle pareti solide. Questi effetti possono verificarsi per la rapida chiusura di una valvola e sono conosciuti con il nome di "colpo d'ariete".

La propagazione delle onde acustiche lungo tubi flessibili è un altro fattore che influenza la progettazione, la pianificazione e la costruzione di queste reti. Se combinato con l'Acoustics Module, il Pipe Flow Module è in grado di eseguire le analisi acustiche nei domini della frequenza e del tempo. La fisica risolta con il Pipe Flow Module può essere accoppiata senza soluzione di continuità a qualsiasi altra fisica considerata all'interno della rete di tubi e a qualsiasi fisica del sistema che circonda la rete.

Simulazioni del flusso nelle tubazioni per molti tipi di settori

Il Pipe Flow Module è adatto per tutti i tipi di reti di tubazioni e canalizzazioni percorse da flussi, trasferimento di calore e di massa e onde acustiche. Questi comprendono gli impianti di tubazioni utilizzati in stabilimenti industriali chimici e di processo, centrali elettriche, raffinerie, gasdotti, impianti di ventilazione e di raffreddamento in motori e turbine. Inoltre, è una importante aggiunta alla modellazione che si esegue con COMSOL Multiphysics e con la suite di prodotti aggiuntivi, per ottimizzare i complessi impianti di raffreddamento integrati in turbine, stampi, calchi e scambiatori di calore, impianti di ventilazione per edifici e impianti di riscaldamento geotermico.

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Convective Flow in a Heat Exchanger Plate

Water Hammer

Geothermal Heating from a Pond Loop

Cooling of an Injection Mold

Insulation of a Pipeline Section

Probe Tube Microphone

Gas Box Designer

Discharging Tank