Beschreibung zur Berechnung von Druckverlusten mit der Software WNETZ
In dieser Beschreibung zur Berechnung von Druckverlusten mit der Software Wnetz wird erklärt, wie man in 7 Schritten zum Ergebnis kommt. Wenn man externe Daten beispielsweise aus Qgis importieren möchte kann auf folgende Erklärung hier (Qgis2wp.pdf) zurückgegriffen werden.
Start der Berechnung der Druckverluste
Nach dem Start des Programms erscheinen die Tabellenblätter für Rohre, Pumpen und Knoten (Abb. 1).
Die Eingabe kann in der jeweiligen Eingabemaske (weiße Eingabefelder links neben der gelben Tabelle) erfolgen und dann durch betätigen des
Buttons Hinzufügen in die Tabelle verschoben werden.
Sind alle Eingabedaten aller Tabellenblätter in die Tabellen verschoben worden, wird mit dem Button Fertigstellen im Tabellenblatt der Knoten die Datei für den Berechnungsvorgang fertiggestellt und abgespeichert.
Einmal fertigestellte Eingabedateien können mit dem Befehl Bearbeiten, Projekt wieder aufgerufen werden.
Die Berechnung von Druckverlusten mit dem Programm Wnetz wird mit dem Befehl Bearbeiten, Berechnen durchgeführt. Die Ausgabe der Ergebnisse erfolgt tabellarisch in einem weiteren Fenster.
Bei größeren Netzen ist die Herstellung eines Systemschemas oder Lageplanes auf CAD Basis zu empfehlen, das/der parallel zur Entwicklung des Netzes gepflegt und fortgeschrieben wird. Bei kleineren Netzen leistet die Graphischen EingabeUnterstützung (GEU) gute Dienste um schnell zu Ergebnissen zu kommen und dabei die Übersicht über das Netz zu behalten. Die vorgehensweise bei Verwendung der GEU wird im folgenden beschrieben.
GEU (7 Schritte zur Berechnung der Druckverluste)
Alle Eingaben können auch mit der Graphischen Eingabe Unterstützung (GEU) erledigt werden. In der GEU können schematisierte Fließschemata erstellt (Zeichnenmodus) und automatisch nummeriert werden. Im Anschluss werden durch anklicken der Stränge und Pumpen im „Dateneingabemodus“ die Nummerierungen in die Eingabe maske des Hauptprogramms übertragen.
Modellierung des Rohrleitungssystems
Schritt 1
Klicken Sie auf das Symbol der GEU. Es öffnet sich ein zusätzliche Fenster mit einem 2D Grid
Schritt 2
Wechseln Sie in den „Zeichnen Modus“
Schritt 3
Wählen Sie zunächst das Knotensymbol. Alle Gridfelder die nun angeklickt werden erhalten einen Knoten.
Verfahren Sie genauso mit den Strängen und Pumpen, bis das Systemschema fertig ist . Wird links kein Element gewählt sondern das weiße Feld angeklickt, können die Element gelöscht werden.
Schritt 4
Mit Durchführung der „Nummerierung“ werden die Knoten, Stränge und Pumpen durchnummeriert. Nummerierungsrichtung ist von links oben nach rechts unten. Da die Pumpenfließrichtung durch die Knotennummerierung bestimmt wird ist ggf. von Hand die Nummerierung entsprechend zu ergänzen. Dies ist der Fall wenn Pumpensymbole mit Fließrichtung nach oben oder nach links gewählt wurden. Dann sollte die Nummerierungsrichtung umgekehrt sein. Die Änderung kann mit dem Befehl „Nummer aendern“ erfolgen. Aber am besten man schematisiert so, das die Pumpensymbole nach rechts oder nach unten zeigen. Dann braucht man nichts zu ändern.
Eingabe der Daten der Rohrleitungen
Schritt 5
Nach dem Wechsel in den „Dateneigabemodus“ wird zunächst z. Bsp. der Strang Nr.1 im 2D Grid angeklickt. Die vorhanden Nummerierungsdaten( Strangnummer , Anfangsknotennr., Endknotennummer) werden dadurch in die Eingabemaske des Hauptprogramms übertragen. Länge, Durchmesser, Ks-Wert und Einzelverluste sind dann noch zu ergänzen. Durch Klicken des Buttons „Hinzufügen“ werden die Werte des Stranges in die Datenbank übertragen. Im folgenden können alle Strangdaten in gleicher Weise übertragen werden. Analog kann mit den Pumpen verfahren werden.
Schritt 6
Sind alle Stränge und Pumpen eingegeben, können mit dem Button „Knotnumakt“ (Knotennummern aktualisieren) alle verwendeten Knotennummern in das Tabellenblatt „Knoten“ übertragen werden
| Schritt 7 Als nächstes sind die Randbedingungen einzutragen. Die restlichen Felder können freigelassen werden. Danach noch den Button „Fertigstellen “ anklicken (zum speichern) und dann auf das Taschenrechnersymbol klicken um die Berechnung der Druckverluste durchzuführen. Danach erscheinen die Berechnungsergebnisse in tabellarischer Form |
Im Folgenden sind noch ein paar Informationen zur Eingabe der Strang, Pumpendaten und Knoten zusammengestellt.
Dateneingabe im Tabellenblatt Strang
Das zu untersuchende Rohrnetz wird in Stränge aufgeteilt. Ein Strang besteht aus einem Rohrstück ohne Abzweige mit konstantem Durchmesser.
Die Stränge werden an Kopplungspunkten miteinander verbunden. Die Kopplungspunkte heißen Knoten.
Die Eingabewerte für jeden Strang sind:
Strangnr.
Anfangsknotennr. AKN
Endknotennr EKN
Länge L in m
Durchmesser DN in mm
betr. Rauhigkeit ks in mm
Die Anfangsknotennummer muß immer kleiner als die Endknotennummer sein, da ansonsten die Druckverlustberechnung mit einer Fehlermeldung belegt wird.
Fließt das Wasser vom Endknoten zum Anfangsknoten wird der Mengenfluss als negatives Ergebnis ausgegeben.
Armaturen und Formstücke können über „Zeta-Werte“ erfasst werden, die der Fachliteratur, bzw. im Programm einem Pulldownmenue entnommen werden können . Die Zeta-Werte können dem jeweiligen Strang zugerechnet werden oder als separater Strang eingegeben werden.
Die Nummerierung der Knoten ist bei größeren Netzen in Form einer über das Entwässerungsnetz wandernden Grenze vorzunehmen. Dadurch erhält die Matrix des Gleichungssystems einen bandförmigen Charakter, so daß eine möglichst gute Konvergenz erreicht wird. Die Knotennummerierung kann beispielsweise in 10er Schritten erfolgen, so besteht die Möglichkeit im nachhinein Knoten einzufügen. Wählt man eine Nummerierung ohne ausreichenden Abstand besteht diese Möglichkeit nicht und bei einer nachträglich notwendig werdenden Änderung muss dass Netz neu nummeriert werden und komplett neu eingegeben werden. Durch anklicken der 1. Zeile in der Tabelle kann eine Sortierung auf – oder abwärts nach Zeilennummer, Strangnummer Knotennummer, Länge, DN oder ks durchgeführt werden. Bei der Berechnung von zusätzlichen Varianten des Rohrnetzes oder bei nachträglichen Umstrukturierungen sind die neu hinzukommenden Stränge immer in der ersten freien Zeile nach den bereits belegten Zeilen anzuordnden.
Durch die Sortierfunktion ist im Nachgang die nummerische Reihenfolge für den Berechnungsausdruck herstellbar.
Das Löschen von Strängen erfolgt über den Button SucheStrang. Der entsprechende Strang erscheint dann in der Eingabemaske. Mit dem Button Entfernen wird der Strang gelöscht.
Eingabe der Pumpendaten im Tabellenblatt „Pumpe“
Kreiselpumpen finden über eine Näherung der Pumpenkennlinie nach „Hermite“ als „Splinekurve“ im Netz Berücksichtigung (s. Abb. 2) und sind durch Knoten von den Strängen getrennt.
Die Eingabewerte für jede Pumpe sind:
Pumpennr.
Anfangsknotennr.
Endknotennr.
Förderhöhe h in m (min. 3 und bis zu 8 Stützwerte der Pumpenkennlinie)
Durchflußmenge
Q in l/s (min. 3 und bis zu 8 Stützwerte der Pumpenkennlinie)Liegt der Arbeitspunkt der Pumpe zwischen dem ersten und zweiten Stützwert wird in der tabellarische Ergebnisausgabe angezeigt, dass der Betriebspunkt außerhalb des optimalen Bereiches liegt. Bei der Eingabe sollten die Stützwerte möglichst so gewählt werden, dass der optimale Arbeitsbereich erst nach dem zweiten Stützwert beginnt.
Das Löschen von Pumpen erfolgt über den Button SuchePumpe. Die entsprechende Pumpe erscheint dann in der Eingabemaske. Mit dem Button Entfernenwird Pumpe gelöscht.
Die nachträgliche Änderung der Reihenfolge der Pumpen erfolgt am besten im Editor ( Datei, Datei editieren, im Fenster unten Dateityp Eingabedatei wählen) durch öffnen der entsprechenden Eingabedatei (*.ein) mit den Befehlen Strg X und Strg V.
Eingabe der Knotendaten im Tabellenblatt „Knoten“
Dem System müssen Randbedingungen wie Druckvorgaben, Mengeneinspeisungen zugeordnet werden.Es ist mindestens eine Druckhöhenangabe sowie mindestens eine Mengeneinspeisung bzw. /-entnahme an einem anderen Knoten als der Druckhöhenvorgabe erforderlich, oder eine Druckhöhenangabe im Zulauf und eine im Ablauf.
Für die jeweiligen Knoten sind die Mengeneinspeisung bzw. Mengenentnahme einzugeben. Knoten, an denen bereits eine Druckhöhenangabe vorliegt wird die tatsächliche Mengeneinspeisung bzw. – entnahme vom Programm errechnet, eine Mengenangabe erübrigt sich daher an diesen Knoten.
Die Felder an denen keine Randbedingungen bzgl. Mengeneinspeisung bzw. – entnahme, oder bekannter Druckhöhe vorliegen werden einfach freigelassen.
Tipp : Mit dem Button Knotnum akt. ( Knotennummern aktualisieren) werden alle Knoten die in den Tabellenblättern Rohr und Pumpe eingegeben wurden in der richtigen Reihenfolge übertragen. Die weiteren Randbedingungen können dann direkt in der Tabelle durch anklicken des jeweiligen Feldes eingegeben werden. Werden im Rahmen von Umstrukturierungen des Rohrnetzes Stränge und/oder Pumpen gelöscht oder kommen weitere Stränge /Pumpen hinzu sind zunächst die ggf. entfallenden Knoten zu löschen (über Suche Knoten und Entfernen) und danach mit Knotnum akt. die zusätzlichen Knoten hinzufügen. Danach sind die entsprechenden Randbedingungen an den neuen Knoten einzufügen.
Ergebnisse zur Berechnung von Druckverlusten mit der Software Wnetz
Die Ergebnisse werden tabellarisch ausgegeben. Der Ausdruck und die weitere Bearbeitung kann im Programminternen Editor erfolgen bzw. ist über das Programm „WORD“, „Excel“ oder „WordPad“ o. ä. möglich
Ergebnisse für Stränge sind: Ergebnisse für Knoten sind:
Durchflußmenge Energiehöhe
Fließrichtung Zu- und Abflußmengen
Geschwindigkeit
Druckverlust
Ergebnisse der Pumpen sind:
Fördermenge
Förderhöhe
Die Förderhöhe wird als negativer Wert ausgegeben, d. h. der negative Energieverlust entspricht hier dem Energiegewinn durch die Pumpenleistung.
Es besteht die Möglichkeit zur Herstellung eines hydraulischen Längschnittes (s. Abb. 3)
Anhand von Beispielen wird im Weiteren erklärt wie das Programm verwendet werden kann.
Spezielle Eigenschaften zur Berechnung von Druckverlusten mit der Software Wnetz
Wie bei jedem Berechnungsprogramm sollte auch hier,(insbesondere bei größeren Netzen mit hohem Vernetzungsgrad) eine Plausibilitätskontrolle der Ergebnisse durchgeführt werden. Vor dem Hintergrund, daß bisher nur wenig praktische Erfahrungen bzgl. der Berechnungsergebnisse vorliegen, ist die Kontrolle von besonderer Bedeutung. Eine Gewähr für die Richtigkeit der Berechnung von Druckverlusten mit der Software Wnetz wird nicht gegeben.