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/ Monster Media 1996 #14 / Monster Media No. 14 (April 1996) (Monster Media, Inc.).ISO / business / mixing10.zip / NETWORK.TXT < prev    next >
Text File  |  1992-01-03  |  21KB  |  455 lines

  1.  
  2.                           INTRODUCTION
  3.  
  4.  
  5. There are two program files provided on the disk.  The program
  6. named NETWORK.EXE is designed to work on IBM compatible computers
  7. that are limited to 640 Kbytes of memory.  The program called
  8. NETEXP.EXE  will work on IBM compatible computers that have
  9. EXPANDED memory.  A driver is required ( such as LIM-386 ) in your
  10. CONFIG.SYS file to enable the program to use the upper memory of
  11. your computer.  The NETEXP program can use up to 8 Mbytes of
  12. expanded memory to handle networks with over 2000 pipes.  The basic
  13. network program is limited by memory to systems of less than 1000
  14. pipes.                                  
  15.  
  16. The programs work best on systems with hard disks, since the
  17. programs makes use of frequent disk operations to read in the
  18. various screens in the program.
  19.  
  20. To install the programs simply copy all the files on the disk to a
  21. subdirectory of the hard disk.  The files with extensions PIC and
  22. INP are required as well as the EXE files for the program to
  23. operate.
  24.  
  25.                         NETWORK ANALYSIS
  26.  
  27.  
  28. Large complex networks of pipes and pumps are a common feature of
  29. many chemical plants, both for the distribution of process streams
  30. and utilities such as cooling water.  Large networks also are found
  31. in the petroleum, natural gas, and water distribution systems.
  32.  
  33. A pipe network consists of groups of pipes and piping components
  34. that are joined together at Nodes.  The network can consist of
  35. loops typical of water distribution systems or highly branched
  36. systems typical of flare systems.  
  37.  
  38. It is of interest to calculate the steady state behavior of the
  39. network under various conditions of output flowrates, pump pressure
  40. heads etc.  The solution of pressure drop in a single phase line is
  41. simple, but pipe networks are extremely difficult to solve by hand
  42. techniques due to the iterative nature of determining the
  43. interactions of the flow on various upstream and downstream loops
  44. and branches.   
  45.  
  46. The problem consists of determining  all unknown Node pressures and
  47. pipe flow rates given the information known about the network. 
  48. This information consists of the layout of the pipe network
  49. including the manner in which the pipes are connected.  The pipes
  50. diameters, and length.  All fittings on the pipes.  The
  51. charactistics of pumps in the system.  And all known flows and
  52. pressures that are fixed at specified Nodes.
  53.  
  54. The first attempts on this problem were based upon the Hardy Cross
  55. method.  In the precomputer days the Hardy Cross method was used. 
  56. This method applied Newtons method considering individual loops of
  57. piping and laboriously solving them one equation at a time until
  58. convergence was reached.  This method was generally slow and
  59. frequently did not work.  
  60.  
  61. The method used in this program is based upon Newton-Raphson
  62. techniques with internal correction factors applied to improve
  63. convergence.  The Newton-Raphson approach is the fastest method to
  64. achieve solution, but it requires a reasonably accurate estimate of
  65. the initial pressure profile in the network to arrive at a
  66. solution.
  67.  
  68. Consequently, the network program will  estimate the unknown node
  69. pressures from the information supplied for fixed node pressures
  70. and flow rates.
  71.  
  72.  
  73.  
  74.                         PROGRAM OPERATION
  75.  
  76.  
  77. The most important work needed to operate this program is done with
  78. the computer off.  It is first necessary for you to sketch up the
  79. network that you wish to solve before using the computer.  This
  80. sketch must show all pipes and nodes and all the nodes and pipes
  81. must be numbered.  The sketch should also show elevations if a
  82. liquid system with varying grade levels is to be solved.  The
  83. sketch should show all pumps, fittings, control valves and other
  84. known pressure drops.  All flows into and out of NODES should be
  85. shown if they are to be specified.  All pressures to be specified
  86. should be added to the sketch.  This sketch should be as neat and
  87. complete as possible, particularly for a large network, since
  88. errors and extensive changes may require the network to be
  89. reentered.  An approximate guesstimate of the pressure profiles for
  90. the various nodes should be made.  The program can generate its own
  91. initial guesses however from limited information on fixed
  92. pressures, however the users estimates will be used when provided.
  93.  
  94.  
  95. The program is started from the hard disk by typing the name of the
  96. program NetWork.EXE from the DOS command line.  If the Expanded
  97. Memory version is to be used type the name NETEXP.EXE at the DOS
  98. command line.
  99.  
  100. The program will load and the Main Menu screen will be shown on the
  101. monitor.  The various features of the program are addressed by
  102. pressing the command keys F1 to F10 from the main menu.  The
  103. programs operation is terminated by pressing the ALT key followed
  104. by the Q key.
  105.  
  106.                             MAIN MENU
  107.  
  108.      F1   HELP                               F2   INPUT FLUID DATA
  109.      
  110.      F3   INPUT PIPE DATA                    F4   INPUT NODE DATA
  111.  
  112.      F5   REVIEW INPUT DATA                  F6   REVIEW RESULTS
  113.  
  114.      F7   NEW PROBLEM                        F8   PRINTER OPERATION
  115.  
  116.      F9   DISK OPERATIONS                    F10  RUN PROGRAM
  117.      
  118.      
  119.                       ALT Q = QUIT PROGRAM   
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127. The function of the various keys are described as follows:
  128.  
  129.  
  130. F1   The F1 key will show a help screen that give a 
  131.           abbreviated instructions to the program.
  132.  
  133.      F2   The F2 key is used to input the general physical
  134.           properties of the fluid that flows through the lines.
  135.  
  136.      F3   The F3 will input the Pipe information
  137.  
  138.      F4   The F4 key will input the Node information
  139.  
  140.      F5   The F5 key will allow you to review a summary of the 
  141.           input information.
  142.  
  143.      F6   The F6 key will review a summary of the results for both
  144.           Nodes and Pipes.
  145.  
  146.      F7   The F7 key will erase all information on the network and
  147.           allow you to run a new case.  Save the data before
  148.           pressing the F7 key.
  149.  
  150.      F8   The F8 key will print out the input or results of the 
  151.           network calculation
  152.  
  153.      F9   The F9 key permits disk operations such as saving the 
  154.           network input data, Loading a new data set from the
  155.           directory or changing the directory.  The network data
  156.           should be saved before printing the data.
  157.  
  158.      F10  The F10 key will run the program to solve the  network. 
  159.           It is recommended that the input data be saved before
  160.           running the program.
  161.  
  162.  
  163.  
  164.                            FLUID INPUT
  165.  
  166. After you have pressed the F1 key a window will pop up that will
  167. request that you press either the F1 key to select a liquid or the
  168. F2 key to input the gas properties.  The program will work with
  169. either liquids or gases, but not both.  If the F1 key was pressed
  170. then a window will pop up requesting that you input the liquids
  171. density in Lb/Ft3 and the viscosity in Centipoise.  If the F2 key
  172. was pressed a window will pop up that requests the Molecular
  173. Weight, Temperature, Viscosity in Centipoise, the Compressibility
  174. factor Z  and the K ratio (Cp/Cv) of the gas.  The fluid properties
  175. can also be altered for each line on the pipe input section of the
  176. program, but these general properties must be added first.  This
  177. step is the first activity that you need to perform in inputting
  178. the problem description.
  179.  
  180.                          PIPE INPUT DATA
  181.           
  182. The F3 key is pressed to input the pipe data.   The pipe input
  183. screen will come on the monitor and request the total number of
  184. pipes to be input.  After you give the total number of pipes the
  185. cursor will move to each field to be filled in for the first pipe
  186. in the network.  After all the input data is filled in for the
  187. first pipe, press the F4 key to proceed to the next pipe.  The
  188. pipes are numbered automatically by the program.  If you wish to
  189. edit a previously filled in pipe then press the F3 key to go
  190. backwards.  It is possible to move rapidly to a specified pipe for
  191. editing by pressing the F1 GOTO key.  This is useful for large
  192. networks.  You can move rapidly through various fields on the pipe
  193. input screen by using the up and down arrow keys.
  194.  
  195. For a given pipe it is necessary to input the following data
  196. otherwise the program will fail in execution.
  197. Required information includes the entering node and exit node, as
  198. well as descriptive data on the pipe such as the nominal diameter,
  199. pipe length, and pipe roughness. Other information such as fittings
  200. and check valves etc. is optional but needed to obtain accurate
  201. results.
  202.  
  203. The node numbers in and out give the direction of flow in the pipe. 
  204. Flow in the pipes from the inlet node to the outlet node is a
  205. positive number in the network solution.  The order of the node
  206. numbers is arbitrary except if a pump, check valve or flow
  207. controller is included in the pipe description.  In this case, it
  208. is necessary to give the correct direction of flow.  The pipe
  209. internal diameter are automatically provided by the program from
  210. the pipe schedule selected when the nominal diameter is filled in. 
  211.  
  212. PIPE SCHEDULES..F2 KEY
  213. Different pipe schedules can be selected by pressing the F2 key. If
  214. the F2 key is pressed then a screen is shown that offers several
  215. selections of standard schedules.  Select the one you want by
  216. entering the number corresponding to it.  The schedules can be
  217. selected for each individual pipe.  The standard schedule if none
  218. is selected from the menu is SCH 40.  The pipe roughness is also
  219. provided for new C.S. pipe from the pipe schedule.  This value can
  220. be overridden by the user. 
  221.  
  222. FITTINGS.. F5 KEY
  223. If the F5 key is pressed then a screen will come up that gives the
  224. equivalent feet (L/D) for several common fittings.  These values
  225. were taken from the Crane manual.  You select the fitting by
  226. inputting the number of fittings followed by pressing the enter
  227. key.  The arrow keys will rapidly move the cursor to the different
  228. fittings.      The fitting screen can be printed out by pressing
  229. the F9 key.  Return to the pipe input screen by pressing the F10
  230. key.  The number of equivalent feet will be shown on the pipe
  231. screen for the fittings described.
  232.  
  233. Additional pressure drop in the line in PSI can be specified to
  234. simulate a control valve or heat exchanger or other obstruction in
  235. the line.  It is also possible to specify a flow regulator in the
  236. line to limit the flow to a specified maximum GPM.  However, The
  237. flow controller option can cause convergence problems and it is
  238. recommended to first solve the network without a flow controller to
  239. assist in generating good pressure estimates.  Expect that the
  240. number of iterations will be considerably increased if the flow
  241. controller option is selected.
  242.  
  243. The physical properties of the fluid in the pipe as specified in
  244. the general fluid input option are shown on the screen.  You may
  245. override these values by inputting different values for density, or
  246. viscosity etc. and the program will use them when calculating this
  247. line.  Do NOT input gas properties on liquid flow problems or vice
  248. versa.
  249.  
  250. CHECK VALVES..F6 KEY
  251. Check valves can be specified by pressing the F6 key.  If the line
  252. has a check valve then the inlet and outlet node numbers must be
  253. correctly specified.  The is no flow possible against the check
  254. valve.
  255.  
  256. PUMP..F7 KEY
  257. If a pump is to be specified then only the inlet and outlet node
  258. should be specified.  The length and diameter terms have no meaning
  259. in a pump specification and will be ignored by the program.  The
  260. pump outlet pipe should be connected to the pump node out
  261. specification.  The pumps A & B values are calculated by the
  262. program by pressing the F7 key.  A screen will come on the requests
  263. information on the pump curve, specifically the GPM and Pump
  264. discharge pressures.  At least 3 points, and a maximum of 10 points
  265. must be specified for the program to calculate the A & B values for
  266. the equation Pout = A - B*GPM^2.  Press the F1 key to calculate the
  267. coefficients and to see the calculated pressure values for the
  268. input flow.  When you press the F10 key to return the A & B values
  269. will be entered on the pipe screen. 
  270.  
  271. DELETE..F8 KEY
  272. The F8 key will delete a the pipe that is shown on the screen, and
  273. all downstream pipes will be renumbered.  
  274.  
  275. ADD PIPES..F9 KEY
  276. The F9 key will allow you to add additional pipes to the network
  277. beyond the number originally specified.  The new pipes will be
  278. added at the end. 
  279.  
  280.  
  281.  
  282.       
  283.  
  284.  
  285.  
  286.                         NODE INPUT F4 KEY
  287.  
  288.  
  289. Pressing the F4 key from the Main Menu will bring up the node input
  290. screen.  The first field to be inputted is the total number of
  291. nodes in the network.  The total must be inputted followed by the
  292. return key.  The program then requests the following information
  293. for each Node.  After all the Node information is filled in press
  294. the F4 key to proceed to the next node.  The editing features for
  295. Node input is the same as for the Pipe Input screen.
  296.  
  297. The Elevation of the node is relative to a arbitrary grade level. 
  298. This is important for liquid flow problems if hydrostatic head is
  299. to be considered in the pressure drop calculations.
  300.  
  301. The pressure of the node in PSIA for gases, PSIG is satisfactory
  302. for liquids.  Reasonably accurate pressure estimates are needed for
  303. the network to converge.  Pressures are required if the pressure at
  304. the node is to be specified, for example where the main liquid flow
  305. into the network enters, or at exit points.  To Specify if the
  306. pressure is to be fixed at the Node press the F1 key.  The F1 key
  307. is a toggle switch, and can be used to convert pressure estimates
  308. to specified pressures and vice versa.
  309.  
  310. Additional nodes can be added to the network by pressing the F5
  311. key.  There is no provision to delete a node because this can cause
  312. considerable changes to the network since the pipes would be
  313. changed.  If a node is to be deleted it will be necessary to
  314. reinput the network.
  315.  
  316. The Liquid rate into or out of the node is given if a specific
  317. value is to be specified.  Flows into the Node are entered a
  318. positive numbers.  Flows out of the node are entered as Negative
  319. Numbers.   
  320.  
  321. The units for flow can be changed by pressing the F2 key.  A
  322. selection window will pop up and offer alternative flow values such
  323. as GPM, LB/H, or ACFM.  Only one set of units may be used for the
  324. program.  They cannot be mixed.  The program will use the last
  325. selection made, the default value is GPM.
  326.  
  327.                        REVIEW INPUT F5 KEY
  328.  
  329. The F5 key from the Main Menu will bring up the review input
  330. screen.
  331. There are two active windows on the screen.  The top window gives
  332. the Pipe Input data, and lists the pipe number, Nodes in and out,
  333. and other data such as the pipe diameter, length, Roughness, and
  334. pump Constants if selected.  The window will scroll down or up to
  335. the limit of the data by pressing the Arrow keys.
  336.  
  337. The lower window give the Node Input Data.  It lists the Node
  338. number, Node specification ie. Estimated pressure, Specified
  339. Pressure or Pumped ( If a liquid flow rate in or out was
  340. specified).
  341. The elevation of the Node and the Flow rate in the selected units
  342. is also shown.  This window will also scroll by using the arrow
  343. Keys.
  344.  
  345. The Function Keys F1 and F2 are used to pick the desired window to
  346. scroll to review the input.  Initially the Pipe window is
  347. specified.
  348. After reviewing the input you can return to the main menu by
  349. pressing the F10 Key.
  350.  
  351.                          DISK OPERATIONS
  352.  
  353. Press the F9 key from the main menu to perform disk operations. 
  354. Once you press this key a message is shown on the screen to press
  355. either the F1 Key to save the input data, or The F2 key to read in
  356. a new file from the disk, or the F3 key to change the default
  357. directory.  The F3 key can by used for example to save the data to
  358. a different subdirectory or floppy disk if you do not wish to use
  359. the directory that the program was booted up from.
  360.  
  361. Be careful to save the input data on the network as your first
  362. operation to prevent possible running problems from causing the
  363. data to be lost.  Do not accidently press the F2 key if you intend
  364. to save the data because reading in a new file will cause the input
  365. data to be lost.
  366.  
  367. If you are saving the data by pressing the F1 key a screen will
  368. come on requesting the name of the file.  Input a maximum of 8
  369. characters per the DOS convention, and do NOT add a period or
  370. extension to the name, Network data files are automatically given
  371. the extension NET by the program.  Do NOT use a prefix for sub
  372. directories here.  The F3 key is to be used for setting the default
  373. sub directories.
  374.  
  375. If you are loading in and existing data set, Press the F2 key.  A
  376. selection window will come up that lists the files on the disk that
  377. have the extension NET, and are network data files.  The file to be
  378. loaded is selected by using the arrow keys to move the colored box
  379. to the selected file and then press the return key to load in the
  380. file.
  381.  
  382.     
  383.                      RUNNING THE PROGRAM F10
  384.  
  385. The program is run by pressing the F10 key.  This should be done
  386. after a problem has been loaded from the disk, or after the data
  387. has been completely inputted, checked, and saved to the disk.
  388.  
  389. While the program is running a window will pop up that gives the
  390. number of the iteration and the sum of the residuals squared for
  391. the programs convergence.  The network will iterate to reach a
  392. convergence tolerance of 0.001 or for a maximum of 200 iterations.
  393.  
  394. Small networks with less than say 10 pipes will usually converge
  395. very rapidly in less than 10 iterations.  Large networks can take
  396. considerably longer.  This window will let you watch the progress
  397. of the solution.  If the residuals do not converge to zero then the
  398. solution is not accurate.  If there is something wrong with the
  399. problem statement and convergence is not possible then a warning
  400. message will appear and the convergence routine will stop, and
  401. return you to the main menu.
  402.  
  403.      
  404.      
  405.                        REVIEW RESULTS  F6
  406.  
  407. After the program has been run, the results can be reviewed by
  408. pressing the F6 key.  The Result screen is similar to the Review
  409. Input screen and works in the same manner.  The Pipe Data results
  410. are scrolled by pressing the Arrow keys. and the Node Data can be
  411. selected by pressing the F2 key.
  412.  
  413. The pipe results for each pipe are the Flow in the pipe, the
  414. velocity, calculated friction factors and Reynold's Numbers,
  415. Average Density of the fluid in the pipe, the Head Loss in PSI
  416. across the pipe ( Head Loss includes additional Pressure drops and
  417. Static head differences ) and the Pump Head of and Pumps in PSI. 
  418. Negative number for Flow or Velocity indicate that the flow in the
  419. pipe is from the outlet to the inlet node specified.
  420.  
  421. The Node Results give the pressures at each Node calculated, the
  422. Nodes Elevation and the Flows Into or Out of the Node.  Flows Out
  423. are Negative Numbers, Flows In are Positive.  These flows are
  424. obtained by performing material balances at each node.  Small
  425. numbers like 0.01 GPM indicate convergence tolerances.  The flow
  426. result at a Node should be zero unless the node has a Flow or
  427. Pressure specified.  Fixed pressures indicate locations where flow
  428. is either entering or exiting the Network.
  429.  
  430.                     PRINTER OPERATIONS F8 KEY
  431.  
  432. The Printer should be On and connected to the computer before
  433. pressing this key.  A window will pop up that gives you the option
  434. to print out the Input, Print the Output or to give a line feed or
  435. Form Feed to the printer.  Press the Function key shown in the
  436. window to select the case.  The Printer option assumes that the
  437. printer is a continuous feed printer such as an Epson.
  438.  
  439.                        NEW PROBLEM F7 KEY
  440.  
  441. If you press the F7 key a message will appear to confirm that you
  442. wish to wipe out the existing network from the computer memory and
  443. start a new problem.  If you have not save the data file you should
  444. answer the question by typing the N key for No.  Type a Y to start
  445. a new problem.
  446.  
  447.                       QUITTING THE PROGRAM
  448.  
  449. The program is terminated by pressing the ALT key and
  450. simultaneously pressing the Q key from the Main Menu.  A message
  451. will appear asking for confirmation that you wish to quit.  Press
  452. the Y key to answer yes and the program will shut off.
  453.  
  454.  
  455.