This thesis was developed in a cooperative project between Politecnico di Milano and O cine Meccaniche DECA Srl, a company based in Segrate (Milan) that focuses on building heat exchangers for industrial applications. The objective of this work is to develop, improve and release a software, namely ThermoPhysProps, for calculation of uid properties that are needed for simulations, design phase of industrial components and rating of industrial processes. The focus is to extend and adapt existing tools for numerical simulations to a fully scaled standalone program that could exploit the bene ts of vectorial programming in matricial based programming languages like Matlab. Review of models for various thermodynamical and transport properties is carried out. Implementation of those models is then carried out, extending and improving the methods and Equations of State available for calculation. The novelty of the algorythm is the improved and generalized numerical methods, alongside new properties and property calculation methods, some of which cannot be found in typical reference softwares, like binary di usivity coe cients. Validation of this code is done both versus experimental data and with other reference softwares. Experimental cases were chosed as typical applications in the chemical industry, like hydrocarbon mixtures, natural gas, alcohols and solvents and others. Validation of this code is also performed with regards of runtime with respect to these reference softwares and with previous versions of the code. The results of this campaign showed good agreement of the results with both the experimental data and the benchmark softwares, with average difference being below 5%, and runtimes reduced to up to 90%.

Questa tesi è stata sviluppata in un progetto congiunto tra il Politecnico di Milano e le offcine meccaniche DECA Srl, un'azienda di Segrate (MI) che si occupa della progettazione e produzione di scambiatori di calori per applicazioni industriali. L'obiettivo di questo lavoro è di sviluppare, migliorare e pubblicare un software, il ThermoPhysProps, per il calcolo delle proprietà termodinamiche che servono per la fase di simulazione, di design e di rating di componenti per i processi industriali. L'idea è di estendere e adattare strumenti esistenti in modo tale da avere un codice separato che possa sfruttare a pieno i bene ci della programmazione vettoriale in linguaggi di programmazione basati su approcci matriciali come Matlab. Viene portata a termine la revisione di vari modelli di calcolo delle proprietà termodinamiche e di trasporto. Questi modelli vengono estesi, migliori e implementati, aggiungendo correlazioni ed Equazioni di Stato disponibili. La novità di questo lavoro consiste da un lato nel potenziamento generale dei metodi numerici per la soluzione dei modelli, dall'altro nell'introduzione di nuove proprietà calcolabili e nuovi metodi di calcolo delle proprietà, alcuni dei quali non sono presenti nei software tipici di riferimento. La validazione di questo codice viene fatta sia contro dati sperimentali sia contro software di riferimento. I casi sperimentali sono stati scelti in base alle miscele che è più comune trovare nell'industria chimica, come miscele di idrocarburi, miscele a base di gas naturale e miscele di alcoli e di solventi. La validazione viene fatta anche per quel che riguarda il tempo di esecuzione del codice stesso sia contro i già citati software di riferimento che contro versioni precedenti del codice. In aggiunta alle routine per il calcolo delle proprietà termodinamiche, viene aggiunto e generalizzato uno strumento di controllo per verificare la stabilità della fase in output. La validazione del codice mostra buoni risultati sia rispetto ai dati sperimentali che rispetto ai software di riferimento, con un errore medio inferiore al 5%, e tempi di esecuzione ridotti fino al 90%.

ThermoPhysProps : a fast and robust tool for calculating fluid properties

BAMOSHMOOSH, ABDULLAH
2018/2019

Abstract

This thesis was developed in a cooperative project between Politecnico di Milano and O cine Meccaniche DECA Srl, a company based in Segrate (Milan) that focuses on building heat exchangers for industrial applications. The objective of this work is to develop, improve and release a software, namely ThermoPhysProps, for calculation of uid properties that are needed for simulations, design phase of industrial components and rating of industrial processes. The focus is to extend and adapt existing tools for numerical simulations to a fully scaled standalone program that could exploit the bene ts of vectorial programming in matricial based programming languages like Matlab. Review of models for various thermodynamical and transport properties is carried out. Implementation of those models is then carried out, extending and improving the methods and Equations of State available for calculation. The novelty of the algorythm is the improved and generalized numerical methods, alongside new properties and property calculation methods, some of which cannot be found in typical reference softwares, like binary di usivity coe cients. Validation of this code is done both versus experimental data and with other reference softwares. Experimental cases were chosed as typical applications in the chemical industry, like hydrocarbon mixtures, natural gas, alcohols and solvents and others. Validation of this code is also performed with regards of runtime with respect to these reference softwares and with previous versions of the code. The results of this campaign showed good agreement of the results with both the experimental data and the benchmark softwares, with average difference being below 5%, and runtimes reduced to up to 90%.
COLOMBO, LUIGI PIETRO MARIA
DEL VO', LUCA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
16-apr-2019
2018/2019
Questa tesi è stata sviluppata in un progetto congiunto tra il Politecnico di Milano e le offcine meccaniche DECA Srl, un'azienda di Segrate (MI) che si occupa della progettazione e produzione di scambiatori di calori per applicazioni industriali. L'obiettivo di questo lavoro è di sviluppare, migliorare e pubblicare un software, il ThermoPhysProps, per il calcolo delle proprietà termodinamiche che servono per la fase di simulazione, di design e di rating di componenti per i processi industriali. L'idea è di estendere e adattare strumenti esistenti in modo tale da avere un codice separato che possa sfruttare a pieno i bene ci della programmazione vettoriale in linguaggi di programmazione basati su approcci matriciali come Matlab. Viene portata a termine la revisione di vari modelli di calcolo delle proprietà termodinamiche e di trasporto. Questi modelli vengono estesi, migliori e implementati, aggiungendo correlazioni ed Equazioni di Stato disponibili. La novità di questo lavoro consiste da un lato nel potenziamento generale dei metodi numerici per la soluzione dei modelli, dall'altro nell'introduzione di nuove proprietà calcolabili e nuovi metodi di calcolo delle proprietà, alcuni dei quali non sono presenti nei software tipici di riferimento. La validazione di questo codice viene fatta sia contro dati sperimentali sia contro software di riferimento. I casi sperimentali sono stati scelti in base alle miscele che è più comune trovare nell'industria chimica, come miscele di idrocarburi, miscele a base di gas naturale e miscele di alcoli e di solventi. La validazione viene fatta anche per quel che riguarda il tempo di esecuzione del codice stesso sia contro i già citati software di riferimento che contro versioni precedenti del codice. In aggiunta alle routine per il calcolo delle proprietà termodinamiche, viene aggiunto e generalizzato uno strumento di controllo per verificare la stabilità della fase in output. La validazione del codice mostra buoni risultati sia rispetto ai dati sperimentali che rispetto ai software di riferimento, con un errore medio inferiore al 5%, e tempi di esecuzione ridotti fino al 90%.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/146754