Гидравлический трубопровод с сопротивлением, сжимаемостью жидкости и изменяемыми высотными характеристиками
Блоки низкого давления
Блок «Гидравлическая труба НД с переменной отметкой» моделирует гидравлические трубопроводы с круговым и некруглым поперечным сечением. Блок учитывает потери на трение по длине трубы и сжимаемость жидкости. Блок не учитывает инерцию жидкости и не может использоваться для прогнозирования таких эффектов, как водяной удар или изменения давления, вызванные ускорением жидкости. Этот блок используется для моделирования системы низкого давления, при котором концы труб меняют свое положение относительно опорной плоскости. Отметки обеспечиваются через соответствующие физические сигнальные входы.
Модель представляет собой структурную модель, а ее принципиальная схема показана ниже.
Резистивный трубопровод НД с блоками с переменной отметкой учитывает потери на трение, в то время как блок гидравлической камеры с постоянным объемом - сжимаемость жидкости. Чтобы уменьшить сложность модели, можно использовать этот блок для моделирования не только самой трубы, но и комбинации труб и локальных сопротивлений, таких как изгибы, фитинги, потери на входе и выходе, связанные с трубой. Необходимо преобразовать сопротивления в эквивалентные длины, а затем суммировать все сопротивления для получения их совокупной длины. Затем добавьте эту длину к геометрической длине трубы. Используя параметры блока, можно настроить модель для моделирования трубопровода с жесткими или гибкими стенками, включая моделирование гидравлических шлангов с упругими и вязкоупругими свойствами.
Предполагается, что разность отметок между портами A и B распределяется равномерно между сегментами труб. Таким образом, отметка средней точки трубы вычисляется как
где
| el_M | Отметка средней точки трубы |
| el_A, el_B | Отметки концов трубы A и B соответственно |
Положительное направление блока - от порта A к порту B. Это означает, что расход является положительным, если он течет от A к B, и потеря давления определяется как − pB.
Предполагается, что поток полностью развит по длине трубы.
Инерция жидкости не учитывается.
Отметка трубы распределяется равномерно по длине трубы.
Тип поперечного сечения трубы: Circular или Noncircular. Для круговой трубы задается ее внутренний диаметр. Для некруглой трубы задается ее гидравлический диаметр и площадь поперечного сечения трубы. Значение параметра по умолчанию: Circular.
Внутренний диаметр трубы. Параметр используется, если для параметра Тип сечения трубы (Pipe cross section type) задано значение Circular. Значение по умолчанию: 0.01 м.
Площадь поперечного сечения трубы. Параметр используется, если для параметра Тип сечения трубы (Pipe cross section type) задано значение Noncircular. Значение по умолчанию: 1e-4 м ^ 2.
Гидравлический диаметр поперечного сечения трубы. Параметр используется, если для параметра Тип сечения трубы (Pipe cross section type) задано значение Noncircular. Значение по умолчанию: 0.0112 м.
Используется для вычисления коэффициента трения при ламинарном потоке. Значение определяется формой поперечного сечения трубы. Для трубы с некруглым поперечным сечением установите коэффициент на соответствующее значение, например 56 для квадрата, 96 для концентрического кольцевого пространства, 62 для прямоугольника (2:1) и так далее. Значение по умолчанию: 64, что соответствует трубе с круглым поперечным сечением.
Геометрическая длина трубы. Значение по умолчанию: 5 м.
Этот параметр представляет общую эквивалентную длину всех локальных сопротивлений, связанных с трубой. Можно учесть потери давления, вызванные локальными сопротивлениями, такими как изгибы, фитинги, якорь, потери на входе/выходе и т.д., добавив к геометрической длине трубы совокупную эквивалентную длину всех локальных сопротивлений. Эта длина добавляется к геометрической длине трубы только для вычисления гидравлического сопротивления. Объем жидкости зависит только от геометрической длины трубы. Значение по умолчанию: 1 м.
Высота шероховатости на внутренней поверхности трубы. Этот параметр обычно указывается в листах технических данных или каталогах изготовителя. Значение по умолчанию: 1.5e-5 м, что соответствует вытянутой насосно-компрессорной трубе.
Определяет число Рейнольдса, при котором предполагается, что ламинарный режим потока начинает преобразовываться в турбулентный. Математически это максимальное число Рейнольдса при полностью развитом ламинарном потоке. Значение по умолчанию: 2000.
Определяет число Рейнольдса, при котором предполагается, что режим турбулентного потока полностью развит. Математически это минимальное число Рейнольдса при турбулентном потоке. Значение по умолчанию: 4000.
Значение постоянной гравитационного ускорения (g). Блок использует этот параметр для вычисления временных изменений давления вследствие временных изменений отметки. Значение по умолчанию: 9.80655 м/с ^ 2.
Манометрическое давление в трубе в нулевое время. Значение по умолчанию: 0 Па.
Параметр доступен только для круговых труб и может иметь одно из двух значений: Rigid или Flexible. Если параметр имеет значение Rigid, не учитывается соответствие стен, что может повысить вычислительную эффективность. Стоимость Flexible рекомендуется для шлангов и металлических труб, в которых соответствие стен может повлиять на поведение системы. Значение по умолчанию: Rigid.
Коэффициент, устанавливающий зависимость между давлением и внутренним диаметром в установившихся условиях. Этот коэффициент можно определить аналитически для цилиндрических металлических труб или экспериментально для шлангов. Параметр используется, если для параметра «Тип стенки трубы» задано значение Flexible. Значение по умолчанию: 2e-12 м/Па.
Постоянная времени в передаточной функции, которая связывает внутренний диаметр трубы с изменениями давления. При использовании этого параметра моделируемый эластичный или вязкоупругий процесс аппроксимируется запаздыванием первого порядка. Значение определяется экспериментально или предоставляется изготовителем. Параметр используется, если для параметра «Тип стенки трубы» задано значение Flexible. Значение по умолчанию: 0.01 s.
Газоспецифическое тепловое отношение для блока гидравлической камеры постоянного объема. Значение по умолчанию: 1.4. Если для параметра Тип сечения трубы (Pipe cross section type) задано значение Noncircular, то это единственный параметр на вкладке «Соответствие стен».
Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:
Плотность жидкости
Кинематическая вязкость жидкости
Для задания свойств жидкости используйте блок «Гидравлическая жидкость» или блок «Пользовательская гидравлическая жидкость».
Блок имеет следующие порты:
AПорт гидравлической экономии, связанный с входом в трубу.
BПорт гидравлической экономии, связанный с выходом трубы.
el_AПорт ввода физического сигнала, контролирующий отметку трубы в порту A.
el_BПорт ввода физического сигнала, контролирующий отметку трубы в порту B.
Пример использования этого блока см. в примере системы подачи авиационного топлива с тремя баками.
[1] Белый, F.M., поток вязкой жидкости, McGraw-Hill, 1991
Гидравлическая труба НД | Гидравлический трубопровод | Гидравлическая резистивная трубка | Линейное гидравлическое сопротивление | Резистивная труба НД | Резистивная труба НД с переменной отметкой | Сегментированная труба НД | Сегментированный трубопровод