Сегмент трубы в изотермической жидкостной сети
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Трубы и фитинги
Модели блоков труб (IL) протекают в жесткой или гибкой трубе с потерями из-за трения стенок. Эффекты динамической сжимаемости, инерции жидкости и подъема трубы могут быть дополнительно смоделированы. Можно определить несколько сегментов труб и задать давление жидкости для каждого сегмента. Путем сегментирования трубы и установки инерции жидкости на On, вы можете моделировать события, такие как водяной молоток в вашей системе.
Трубный блок можно разделить на сегменты с параметром «Количество сегментов». Когда труба состоит из нескольких сегментов, давление в каждом сегменте рассчитывается на основе входного давления и влияния на массовый расход сегмента сжимаемости жидкости и гибкости стенок, если применимо. Объем жидкости в каждом сегменте остается фиксированным. Для двухсегментной трубы давление линейно изменяется относительно давления, определенного в портах A и B. Для трубы с тремя или более сегментами можно задать давление жидкости в каждом сегменте в векторной или скалярной форме в параметре Начальное давление жидкости. Скалярная форма применяет постоянное значение ко всем сегментам.
Можно моделировать гибкие стены для всех геометрических форм поперечного сечения. Если для параметра «Спецификация стенки трубы» задано значение Flexibleблок принимает равномерное расширение вдоль всех направлений и сохраняет определенную форму поперечного сечения. Это не может привести к физическим результатам для некруглых площадей поперечного сечения, подвергающихся воздействию высокого давления по отношению к атмосферному давлению. Для моделирования объемного расширения площади поперечного сечения доступны две опции:
Cross-sectional area vs. pressure, где изменение объема моделируется:
) − Sstart),
где:
L - длина трубы.
Snom - номинальная площадь поперечного сечения трубы, определенная для каждой формы.
S - текущая площадь поперечного сечения трубы.
p - внутреннее давление в трубе.
patm - атмосферное давление.
Kps - коэффициент усиления площади поперечного сечения статического давления.
Предполагая равномерную упругую деформацию тонкостенной, открытой цилиндрической трубы, можно рассчитать Kps как:
securityDN34tE,
где t - толщина стенки трубы, а E - модуль Юнга.
start- постоянная времени объемного расширения.
Hydraulic diameter vs. pressure, где изменение объема моделируется:
) − D
где:
DN - номинальный гидравлический диаметр, определенный для каждой формы.
D - текущий гидравлический диаметр трубы.
Kpd - коэффициент усиления гидравлического диаметра при статическом давлении. Предполагая равномерную упругую деформацию тонкостенной цилиндрической трубы с открытым концом, можно рассчитать Kpd как:
DN22tE.
Когда гибкие стенки не смоделированы, SN = S и DN = D.
Номинальный гидравлический диаметр и диаметр трубы, окружность, одинаковы. Площадь поперечного сечения трубы составляет: ø4dcircle2.
Номинальный гидравлический диаметр, Dh, nom, представляет собой разницу между наружным диаметром трубы и внутренним диаметром трубы, do - di. Площадь поперечного сечения трубы составляет di2).
Номинальный гидравлический диаметр:
+ w,
где:
h - высота трубы.
w - ширина трубы.
Площадь поперечного сечения трубы составляет wh.
Номинальный гидравлический диаметр:
− bminamaj + bmin) 4),
где:
amaj - большая ось трубы.
bmin - малая ось трубы.
Площадь поперечного сечения трубы составляет ø4amajbmin.
Номинальный гидравлический диаметр:
(θ2)
где:
lside - длина стороны трубы.
δ - угол вершины трубы.
Площадь поперечного сечения трубы составляет (
Аналитическая корреляция Хааланда моделирует потери из-за трения стенок либо по совокупной эквивалентной длине, которая учитывает сопротивления из-за неоднородностей как добавленную длину прямой трубы, которая приводит к эквивалентным потерям, либо по локальному коэффициенту потерь, который непосредственно применяет коэффициент потерь для неоднородностей труб.
Если для параметра спецификации Local resistances установлено значение Aggregate equivalent length и поток в трубе ниже верхнего предела числа Рейнольдса потока Ламинара, потеря давления во всех сегментах трубы составляет:
где:
λ - кинематическая вязкость жидкости.
λ - постоянная трения Ламинара для коэффициента трения Дарси, которую можно определить, если для геометрии поперечного сечения задано значение Custom и в противном случае равно 64.
D - гидравлический диаметр трубы.
Ladd - агрегатная эквивалентная длина локальных сопротивлений.
m˙A - массовый расход в порту A.
m˙B - массовый расход в порту B.
Если число Рейнольдса больше, чем нижний предел числа Рейнольдса турбулентного потока, потери давления в трубе будут следующими:
где:
f - коэффициент трения Дарси. Это приближено эмпирическим уравнением Haaland и основано на Поверхностной спецификации грубости, ε, и труба гидравлический диаметр:
1,11]} − 2,
Шероховатость труб для латуни, свинца, меди, пластика, стали, кованого железа и оцинкованной стали или железа предоставляется в качестве стандартных значений ASHRAE. Вы также можете предоставить собственную абсолютную шероховатость внутренней поверхности с помощью Custom установка.
δ I - внутренняя плотность жидкости.
Если для параметра спецификации Local resistances установлено значение Local loss coefficient и поток в трубе ниже верхнего предела числа Рейнольдса потока Ламинара, потеря давления во всех сегментах трубы составляет:
Если число Рейнольдса больше, чем нижний предел числа Рейнольдса турбулентного потока, потери давления в трубе будут следующими:
12ρIS2m˙A'm˙A|,
12ρIS2m˙B'm˙B|,
где Closs, total - коэффициент потерь, который может быть определен в параметре Total local loss coefficior как один коэффициент или как сумма всех коэффициентов потерь вдоль трубы.
Параметризация номинального перепада давления по отношению к номинальному массовому расходу характеризует потери с коэффициентом потерь для жестких или гибких стенок. Когда жидкость несжимаема, потеря давления по всей трубе из-за трения стенок составляет:
где Kp - это:
где:
ΔpN - номинальный перепад давления, который может быть определен как скаляр или вектор.
- номинальный массовый расход, который может быть определен как скаляр или вектор.
Когда параметры Номинальный перепад давления (Nominal pressure drop) и Номинальный массовый расход (Nominal mass flow parameters) подаются в виде векторов, скалярное значение Kp определяется по наименьшей квадратной посадке векторных элементов.
Потери давления из-за вязкого трения также могут быть определены по предоставленным пользователем табулированным данным вектора коэффициента трения Дарси и вектора числа Рейнольдса для турбулентных параметров коэффициента трения Дарси. Между точками данных используется линейная интерполяция.
Для несжимаемой жидкости массовый расход в трубу равен массовому расходу из трубы:
Когда текучая среда является сжимаемой, а стенки трубы являются жесткими, разница между массовым потоком в трубу и из нее зависит от изменения плотности текучей среды вследствие сжимаемости:
Когда текучая среда является сжимаемой и стенки трубы являются гибкими, разница между массовым потоком в трубу и из трубы основана на изменении плотности текучей среды, обусловленном сжимаемостью, и количеством текучей среды, накопленной в вновь деформированных областях трубы:
Изменение импульса между входом и выходом трубы включает в себя изменение давления вследствие трения стенки трубы, которое моделируется в соответствии с параметризацией вязкого трения и высотой трубы. Для трубы, которая не моделирует инерцию жидкости, баланс импульса равен:
αIΔz2g,
αIΔz2g,
где:
pA - давление в порту A.
pI - внутреннее давление объема жидкости.
pB - давление в порту B.
Δpf - потеря давления из-за трения стенок, параметризованная спецификацией Потери вязкого трения в соответствии с соответствующим портом.
Δz - отметка трубы. В случае труб с постоянной высотой это параметр усиления отметки от порта A к порту B; в противном случае он принимается как физический сигнал в порту EL.
g - гравитационное ускорение. В случае фиксированной гравитационной постоянной это параметр гравитационного ускорения; в противном случае он принимается как физический сигнал в порту G.
Для трубы с смоделированной инерцией жидкости баланс импульса равен:
+ m AL2S,
+ m BL2S,
где:
m - ускорение текучей среды в соответствующем отверстии.
S - площадь поперечного сечения трубы.
Локоть (IL) | Частично заполненная труба (IL) | Труба (IL) | Труба (TL) | Т-образный переход (IL) | Бак (IL)
