Programm für Auslegung von Rohren, Pumpen usw

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo,

jetzt habe ich einen neuen Job und soll so viel Neues machen… (und das Studium ist schon so lange her). Kann mir jemand ein Programm zur Auslegung von Rohrleitungen empfehlen? Es sollte verschiedene Betriebszustände berechnen können, toll wäre eine Simulation für den Durchfluss durch ein frei wählbares Bauteil (z.B. Übernahme von 3D-Daten aus Inventor). Bei den Medien sollte man auch Mischungen und Temperaturen berücksichtigen können. Ventile, Pumpen, Filter und was man sonst so braucht, vielleicht aus einer Datenbank? Gibt es so etwas überhaupt? Es darf auch etwas kosten, aber sicherlich nicht allzuviel, da es erst einmal um eine Einschätzung der Stiuation geht. Bin für jeden Tipp dankbar.

Herzliche Grüße,

Sigrid

#2

Hallo Sigrid,

auf Ihre Frage gibt es keine eindeutige Antwort. Je nach dem welche Daten Sie von einer Berechnungssoftware erwarten und wie zuverlässig das sein soll, ergibt sich eine Bandbreite an Lösungsmöglichkeiten.
Die einfachste und billigste Lösung ist die Auslegung von Rohrleitungen mit einfachen Formeln aus der Strömungslehre.
Wenn Sie allerdings Durchflüsse simulieren wollen und anhand von 3D-Modellen (egal welchen Formats) beispielsweise Strömingsgeschwindigkeiten und Druckverhältnisse darstellen möchten, kommen Sie um ein FEM-System nicht herum. Das kann allerdings recht teuer werden und verlangt auch eine umfassende Einarbeitung in die Materie. Lösungen für solche Probleme bieten FEM Programme mit CFD (Computational Fluid Dynamics) Modul, wie z.B. Ansys oder Abaqus (es gibt noch viele weitere).

Ich hoffe das hilft Ihnen fürs erste weiter.

Gruß
The Duke

#3

Hallo The Duke,

danke für ihre Antwort. Ein FEM-Programm wäre eindeutig zu viel, da zu teuer und zu aufwändig. (Wenn ich die Zeit und das Geld dazu bekommen würde, wäre es natürlich toll, aber das ist nicht drin). Da ich noch nie Rohrleitungen auslegen musste, wäre ein einfaches Berechnungsprogramm mit gewissen Hilfestellungen wohl erst einmal das richtige. Als einziges (bezahlbares) Programm habe ich bisher Druckverlust 7.0 gefunden. Taugt das was? Gibt es besseres in der Preisklasse? Da ich mich noch in die Materie einarbeite: Muss man irgendwelche Nachweise bringen um z.B. die Druckgeräteverordnung zu erfüllen? Wenn Sie noch einen Tipp für mich haben, wäre ich sehr dankbar.

Herzliche Grüße,

Sigrid

#4

Hallo Sigrid,
so wie sich das anhört möchtest du wirklich nur einfachste Problemstellungen lösen.

Durchfluss und Druckverlust kann man auch mit (einfachen) Gleichungen aus der Strömungslehre lösen.

Stichwort: Bernoulli
Diesen gibt es in unterschiedlichen Formen, z.B. für inkompressible Medien (Wasser):
p1/rho + c1^2/2 + g * h1 = p2/rho + c2^2/2 + g * h2 + c2^2/2 * (alpha * L/d + Zeta)

Dabei ist
p1 [Pa]: Druck am Startpunkt deiner Berechnung (100.000 Pa = 1 bar)
rho [kg/m^3]: Dichte des inkompressiblen Mediums
c1 [m/s]: Strömungsgeschwindigkeit im Startpunkt
g = 9,81 m/s^2 Gravitationskonstante
h1 [m]: Starthöhe des Mediums

p2 [Pa]: Druck am Endpunkt deiner Berechnung
c2 [m/s]: Strömungsgeschwindigkeit am Endpunkt
h2 [m]: Höhe deines Mediums am Endpunkt
alpha [-]: Druckverlustbeiwert aufgrund Rohrreibung (Abhängig von der Rauigkeit der Rohrleitung und der Reynoldszahl Re = c1 * d / nu (nu: kinematische Viskosität des Mediums)
L [m]: Länge des Rohres
d [m]: Durchmesser des Rohres
Zeta [-]: Druckverlustbeiwert für Formstücke (Findest du in der Literatur für z.B. Rohrbögen)

Oft wird zum ersten überschlägigen Berechnen der Druckverlust (Strömungsverlust) vernachlässigt und z.B. die Höhe des Mediums. Damit vereinfacht sich der Bernoulli zu:
p1/rho + c1^2/2 = p2/rho + c2^2/2

Ist z.B. p1, c1 und c2 bekannt, so gilt für p2:
p2 = (p1/rho + (c1^2-c2^2)/2)*rho (Umgestellt)

Vielleicht hilft dir dieses ja bereits weiter. Gilt wie gesagt für INKOMPRESSIBLE MEDIEN!

…und auch für Programme schadet es nicht den Hintergrund zu verstehen - Empfehlung: Strömungslehre/Bernoulli lernen!

LG,
Olli87

#5

Hallo Olli87,

so einfach ist es leider nicht. Mit Strömungslehre mache ich mich gerade wieder vertraut, das Studium ist einfach zu lange her und ich habe es bisher nicht gebraucht.
Eigentlich wollte ich verschiedene Mischungen (Wasser + Dampf, also wohl leider nicht inkompressibel) bei verschiedenen Temperaturen und Geschwindigkeiten in einem kompletten Kreislauf simulieren, wo sich z.B. auch die Ströme mal teilen, verschiedene Ventile oder Düsen eingesetzt werden usw.

Also eigentlich hätte ich gerne ein Programm, bei dem ich meinen Kreislauf beschreiben und dann sehe, ob irgendwo kritische Werte erreicht werden. Bei dem ich auch leicht die Eingabewerte ändern kann und so die optimalen Bedingungen ermitteln kann.

Die Gleichung, die du beschrieben hast, habe ich auf irgendeiner Website auch schon mal als Mini-Programm gefunden, aber das reicht mir leider nicht.

Vielleicht hat ja doch noch jemand einen Tipp für mich oder kann mir z.B. sagen, ob das Programm Druckverlust 7.0 etwas taugt?

Herzliche Grüße,

Sigrid

#6

Hi,
das Programm Druckverlust kenne ich nicht. Aber ohne es gesehen zu haben, behaupte ich dass das Programm mit dem beschriebenen Bernoulli rechnet ?!

Für dein Fall wird vermutlich CFD / CFX (Ansys) das Mittel der Wahl sein. Dies meine ich aus dem Grund, weil sich deine Problemstellung sehr komplex anhört.

Grüße,
Olli87

#7

Hallo Sigrid,

mit dem von Ihnen beschriebenen Programm habe ich keine Erfahrungen, aber die Herstellerbeschreibung deutet darauf hin, dass es sich hierbei um einen besseren Taschrenrechner für Strömungslehreprobleme handelt. In der Preisklasse werden Sie auch nicht viel mehr bekommen und können auch nicht viel mehr erwarten.
Bei allen Simulationsprogrammen ist sehr wichtig, dass Sie wissen was Sie tun, sonst ist das Ergebnis absolut wertlos. Ich rate Ihnen daher sich in die Materie der Strömungslehre einzuarbeiten (z.b. mit Technische Strömungslehre von Leopold Böswirth). Fast alles was Ihnen ein Programm für unter 300€ berechnen kann, können Sie mit Excel genauso programmieren.

Was die rechtlichen Prüfnormen für Druckbehälter angeht, vermuten Sie bereits in die richtige Richtung. Relevante Richtlinie in Europa ist die Richtlinie 97/23/EG über Druckgeräte vom Mai 1997, die im deutschen Recht in der 14. Verordnung zum Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (14. GPSGV) umgesetzt wurde. Ob Sie Ihre Konstruktion prüfen lassen müssen, und wenn nach welchen Modulen hängt von vielen Parametern ab, die Sie im Gesetzestext nachlesen können. Alle Richtlinien dazu können Sie kostenfrei im Internet runterladen (ist sehr umfangreich).

Gruß
The Duke

#8

Hallo Olli87,

vermutlich hast du Recht und ich brauche ein besseres Programm. Mal sehen, was mein Chef davon hält, vielleicht darf ich ja zumindest auf ein Seminar. Auf jeden Fall vielen Dank für deine Antwort.

Herzliche Grüße, Sigrid

#9

Hallo The Duke,

vielen Dank für Ihre Antwort. Mal sehen wohin mich meine weiteren Recherchen in diese Richtung führen. Leider glaube ich nicht, dass ich die Zeit (und ein teures Programm) bekomme um mich entsprechend einzuarbeiten. Abwarten, was mein Chef meint.

Herzliche Grüße,

Sigrid

#10

Hallo Sigrid,
ich selbst kann mit CFD nicht arbeiten, da ich es nie richtig gelernt habe.
Soweit ich weiß, ist das ganze schon recht kompliziert und nicht „mal so eben“ zu erlernen.

Das Problem bei CFD und FEM ist, das man quasi immer ein Ergebnis erhält - es allerdings sehr sehr viele Fehler gibt die man machen kann, sodass das errechnete Ergebnis später völlig falsch sein kann!

Grundsätzlich gilt für alle Simulationen auch, dass diese danach anhand eines Experimentes auf Gültigkeit überprüft werden müssen. Dieses wird meist aufgrund des Zeit- und Kostenaufwandes nicht gemacht.

Aber lass dich nicht entmutigen - irgendwann musste jeder den Umgang mit den Programmen lernen. Ist wie gesagt nur nicht mal so eben gelernt. Erfordert einiges an Hintergrundwissen (Netzaufbau, Algorhytmen,…)
Neben dem Programm - ich glaube ANSYS kostet 100.000 Euro pro Lizenz und Jahr - brauchst du auch einen sehr leistungsstarken Rechner.

Viel Glück und Grüße
Olli87