Pipe (IL)

Твердый кабелепровод для потока жидкости в изотермических жидких системах

  • Библиотека:
  • Simscape / Библиотека Основы / Изотермическая Жидкость / Элементы

  • Pipe (IL) block

Описание

Модели блока Pipe (IL) передают динамику потока по каналу в изотермической жидкой сети. Блок вычисляет вязкие потери на трение и может также составлять динамическую сжимаемость и инерцию жидкости.

Трубопровод содержит постоянный объем жидкости. Жидкость испытывает падение давления из-за вязкого трения, после уравнения Darcy-Weisbach.

Передайте эффекты по каналу

Блок позволяет вам включать динамическую сжимаемость и эффекты инерции жидкости. Включение каждого из этих эффектов может улучшить точность модели за счет увеличенной сложности уравнения и потенциально увеличенной стоимости симуляции:

  • Когда динамическая сжимаемость выключена, жидкость принята, чтобы провести незначительное время в объеме трубопровода. Поэтому нет никакого накопления массы в трубопроводе, и массовый приток равняется массовому оттоку. Это - самая простая опция. Уместно, когда жидкая масса в трубопроводе является незначительной частью общей жидкой массы в системе.

  • Когда динамическая сжимаемость включена, неустойчивость массового притока и массового оттока может заставить жидкость накапливаться или уменьшаться в трубопроводе. В результате давление в объеме трубопровода может взлет и падение динамически, который предоставляет некоторую податливость системе и модулирует быстрые скачки давления. Это - опция по умолчанию.

  • Если динамическая сжимаемость включена, можно также включить инерцию жидкости. Этот эффект приводит к дополнительному сопротивлению потока помимо сопротивления из-за трения. Это дополнительное сопротивление пропорционально скорости изменения массового расхода жидкости. Вычисление инерции жидкости замедляет быстрые изменения в скорости потока жидкости, но может также заставить скорость потока жидкости промахиваться и колебаться. Эта опция является соответствующей в очень длинном трубопроводе. Включите инерцию жидкости и соедините несколько сегментов трубопровода последовательно, чтобы смоделировать распространение волн давления вдоль трубопровода, такой как в явлении гидравлического удара.

Баланс массы

Массовое уравнение сохранения для трубопровода

m˙A+m˙B={0,еслижидкостьдинамическийсжимаемостьoffp˙IβIρIV,еслижидкостьдинамическийсжимаемостьon

где:

  • m˙A и m˙B массовые расходы жидкости через порты A и B.

  • V является объемом жидкости трубопровода.

  • p я - давление в трубопроводе.

  • ρ я - плотность жидкости в трубопроводе.

  • β я - жидкий модуль объемной упругости в трубопроводе.

Жидкость может быть смесью чистой жидкости и небольшим количеством определенного воздуха, как задано блоком Isothermal Liquid Properties (IL), соединенным со схемой. Уравнения использовались для расчета ρ I и β I, а также плотности размещения портов ρ A и ρ B в вязких уравнениях падения давления трения для каждого хаф-пайпа, зависьте от выбранной изотермической жидкой модели. Для получения дальнейшей информации см. Изотермические Жидкие Опции Моделирования.

Баланс импульса

Таблица показывает уравнения сохранения импульса для каждого хаф-пайпа.

Для хаф-пайпа, смежного с портом A

pApI={Δpv,A,еслижидкостьинерцияoffΔpv,A+L2Sm¨A,еслижидкостьинерцияon

Для хаф-пайпа, смежного с портом B

pBpI={Δpv,B,еслижидкостьинерцияoffΔpv,B+L2Sm¨B,еслижидкостьинерцияon

В уравнениях:

  • p, p A, и p B является жидкими давлениями в порте A и порте B, соответственно.

  • Δp v, A и Δp v, B является вязким падением давления трения между центром объема трубопровода и портами A и B.

  • L является длиной трубопровода.

  • S является площадью поперечного сечения по каналу.

Вязкое падение давления трения

Таблица показывает вязкие уравнения падения давления трения для каждого хаф-пайпа.

Для хаф-пайпа, смежного с портом A

Δpv,A={λμ(L+Leq2)m˙A2ρIDh2S,еслиReA<ReбегствоfA(L+Leq2)m˙A|m˙A|2ρIDhS2,if ReA>Retur

Для хаф-пайпа, смежного с портом B

Δpv,B={λμ(L+Leq2)m˙B2ρIDh2S,еслиReB<ReбегствоfB(L+Leq2)m˙B|m˙B|2ρIDhS2,if ReBRetur

В уравнениях:

  • λ является масштабным фактором трубопровода, используемым, чтобы вычислить коэффициент трения Дарси в ламинарном режиме.

  • μ является динамической вязкостью жидкости в трубопроводе.

  • L eq является совокупной эквивалентной продолжительностью локальных сопротивлений трубопровода.

  • D h является гидравлическим диаметром трубопровода.

  • f A и f B является коэффициентами трения Дарси в половинах трубопровода, смежных с портами A и B.

  • Re A и Re B является числами Рейнольдса в портах A и B.

  • Бегство Re является числом Рейнольдса выше который переходы потока к турбулентному.

  • Re tur является числом Рейнольдса ниже который переходы потока к ламинарному.

Когда число Рейнольдса между бегством Re и Re tur, поток находится в переходе между ламинарным течением и турбулентным течением. Падение давления из-за вязкого трения во время области перехода следует за сглаженной связью между теми в ламинарном режиме течения жидкости и теми в режиме турбулентного течения.

Блок вычисляет числа Рейнольдса в портах A и B на основе массового расхода жидкости через соответствующий порт:

Re=|m˙|DhμS.

Коэффициенты трения Дарси следуют из аппроксимации Haaland для турбулентного режима:

f=1(1.8log10(6.9Re+(13.7rDh)1.11))2,

где:

  • f является коэффициентом трения Дарси.

  • r является шероховатостью поверхности трубопровода.

Допущения и ограничения

  • Стенка трубопровода тверда.

  • Поток полностью разрабатывается.

  • Эффект силы тяжести незначителен.

Порты

Сохранение

развернуть все

Изотермический жидкий порт сохранения сопоставлен с входом или выходом трубопровода. Этот блок не имеет никакой внутренней направленности.

Изотермический жидкий порт сохранения сопоставлен с входом или выходом трубопровода. Этот блок не имеет никакой внутренней направленности.

Параметры

развернуть все

Геометрия

Длина трубопровода вдоль направления потока.

Внутренняя область трубопровода, нормального к направлению потока.

Диаметр эквивалентного цилиндрического трубопровода с той же площадью поперечного сечения.

Трение

Объединенная продолжительность всех локальных сопротивлений, существующих в трубопроводе. Локальные сопротивления включают повороты, подборы кривой, арматуры, и передают по каналу входы и выходы. Эффект локальных сопротивлений состоит в том, чтобы увеличить эффективную длину сегмента трубопровода. Эта длина добавляется к геометрической длине трубопровода только для вычислений трения. Жидкий объем в трубопроводе зависит только от геометрической длины трубопровода, заданной параметром Pipe length.

Средняя глубина всей поверхности дезертирует на внутренней поверхности трубопровода, который влияет на падение давления в режиме турбулентного течения.

Число Рейнольдса, выше которого поток начинается к переходу от ламинарного к турбулентному. Этот номер равняется максимальному значению числа Рейнольдса, соответствующему полностью разработанному ламинарному течению.

Число Рейнольдса, ниже которого поток начинает переходить от турбулентного до ламинарного. Этот номер равняется минимальному числу Рейнольдса, соответствующему полностью разработанному турбулентному течению.

Безразмерный коэффициент, который кодирует эффект трубопровода перекрестная частная геометрия на вязких потерях на трение в ламинарном режиме течения жидкости. Типичные значения 64 для круглого сечения, 57 для квадратного сечения, 62 для прямоугольного сечения с соотношением сторон 2, и 96 для тонкого кольцевого сечения [1].

Эффекты и начальные условия

Выберите ли с учетом динамической сжимаемости жидкости. Динамическая сжимаемость дает жидкой плотности зависимость от давления, влияя на переходный процесс в системе в быстропротекающих ситуациях.

Выберите ли с учетом инерции потока жидкости. Инерция потока дает жидкости сопротивление изменениям в массовом расходе жидкости.

Зависимости

Enabled, когда параметр Fluid dynamic compressibility устанавливается на On.

Жидкое давление в трубопроводе в начале симуляции.

Зависимости

Enabled, когда параметр Fluid dynamic compressibility устанавливается на On.

Массовый расход жидкости от порта A до порта B в начальный момент времени.

Зависимости

Enabled, когда параметр Fluid inertia устанавливается на On.

Ссылки

[1] Белый, F. M. гидроаэромеханика. 7-й Эд, разделите 6.8. McGraw-Hill, 2011.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введенный в R2020a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте