Гидравлический трубопровод с сопротивлением, инерцией жидкости, сжимаемостью жидкости и высотными характеристиками
Блоки низкого давления
Сегментированный трубный блок НД моделирует гидравлические трубопроводы с круговыми поперечными сечениями. Гидропроводы, являющиеся по своей сути распределенными элементами параметров, представлены наборами идентичных, соединенных последовательно, скошенных сегментов параметров. Предполагается, что чем больше число сегментов, тем ближе модель скошенного параметра становится к своему аналогу распределенного параметра. Эквивалентная схема трубопровода, принятая в блоке, показана ниже вместе с конфигурацией сегмента.
Эквивалентная цепь трубопровода
Конфигурация сегмента
Модель содержит столько же блоков гидравлической камеры постоянного объема, сколько и сегментов. Объем жидкости камеры равен
d24LN
где
V | Объем жидкости |
d | Диаметр трубы |
L | Длина трубы |
N | Количество сегментов |
Блок гидравлической камеры постоянного объема расположен между двумя ветвями, каждая из которых состоит из блока резистивного трубопровода низкого давления и блока инерции жидкости. Каждый резистивный блок трубопровода НД (-й участок длины трубы, в то время как блок инерции жидкости имеет L+L_ad)/(N+1)L/(N+1)L_ad обозначает дополнительную длину трубы, равную совокупной эквивалентной длине локальных сопротивлений трубы, таких как фитинг, колена, изгибы и т. д.).
Узлам, к которым подключены блоки гидравлической камеры постоянного объема, присваиваются имена N_1, N_2, …, N_ (nn - количество сегментов). Предполагается, что давления на этих узлах равны среднему давлению сегмента. Промежуточным узлам между резистивными блоками НД и инерции жидкости присваиваются имена nn_0, nn_1, nn_2, …, nn_. Блоки гидравлической камеры постоянного объема называются nch_1, ch_2, …, ch_, резистивные блоки НД трубы названы ntb_0, tb_1, tb_2, …, tb_и блоки инерции жидкости называются nfl_in_0, fl_in_1, fl_in_2, …, fl_in_.n
Количество сегментов определяет количество вычислительных узлов, связанных с блоком. Большее число увеличивает точность модели, но уменьшает скорость моделирования. Эксперимент с различными числами для получения подходящего компромисса между точностью и скоростью. Используйте следующее уравнение в качестве отправной точки при оценке подходящего числа сегментов:
сом
где
N | Количество сегментов |
L | Длина трубы |
c | Скорость звука в жидкости |
| ω | Максимальная частота, которая должна наблюдаться в отклике трубы |
Таблица ниже содержит пример моделирования трубопровода, в котором первые четыре истинных собственных частоты составляют 89,1 Гц, 267 Гц, 446 Гц и 624 Гц.
| Количество сегментов | 1-й режим | 2-й режим | 3-й режим | 4-й режим |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 112.3 | – | – | – |
| 2 | 107.2 | 271.8 | – | – |
| 4 | 97.7 | 284.4 | 432.9 | 689 |
| 8 | 93.2 | 271.9 | 435.5 | 628 |
Как видно, если используется восьмисегментная версия, ошибка составляет менее 5%.
Разность отметок между портами A и B распределяется равномерно между сегментами труб.
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.
Внутренний диаметр трубы. Значение по умолчанию: 0.01 м.
Геометрическая длина трубы. Значение по умолчанию: 5 м.
Количество скошенных сегментов параметров в модели трубопровода. Значение по умолчанию: 1.
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. И объем жидкости, и инерция жидкости определяются только на основе 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.
Манометрическое давление в сегментах трубы в нулевое время. Введите скаляр для односегментного трубопровода и вектор для многосегментного трубопровода. Количество элементов в векторе должно соответствовать количеству сегментов в трубе. Значение по умолчанию: 0 Па.
Параметр может иметь одно из двух значений: Rigid Wall или Flexible Wall. Если параметр имеет значение Rigid Wall, не учитывается соответствие стен, что может повысить вычислительную эффективность. Стоимость Flexible Wall рекомендуется для шлангов и металлических труб, в которых соответствие стен может повлиять на поведение системы. Значение по умолчанию: Rigid Wall.
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 Wall. Значение по умолчанию: 0.01 s.
Газоспецифическое тепловое отношение для блока гидравлической камеры постоянного объема. Значение по умолчанию: 1.4.
Вертикальное положение порта A относительно опорной плоскости. Предполагается, что опорная плоскость совпадает с плоскостью, используемой в параметре отметки порта B из опорной плоскости. Значение по умолчанию: 0м.
Вертикальное положение порта B относительно опорной плоскости. Предполагается, что опорная плоскость совпадает с плоскостью, используемой в параметре отметки порта A из опорной плоскости. Значение по умолчанию: 0м.
Значение постоянной гравитационного ускорения (g). Блок использует этот параметр для вычисления влияния градиента отметки между портами на их перепад давления. Значение по умолчанию: 9.80655 м/с ^ 2.
Если модель находится в режиме ограниченного правки, невозможно изменить следующий параметр:
Тип стенки трубы
Все остальные параметры блока доступны для изменения. Фактический набор изменяемых параметров блока зависит от значения параметра Тип стены трубы (Pipe stall type) во время перехода модели в режим ограничения.
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.
[1] Белый, F.M., поток вязкой жидкости, McGraw-Hill, 1991
Гидравлическая труба НД | Гидравлический трубопровод | Гидравлическая резистивная трубка | Линейное гидравлическое сопротивление | Резистивная труба НД | Сегментированный трубопровод