Jet Pump (IL)

Струйный насос жидкость-жидкость в изотермической гидравлической сети

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Изотермическая жидкость/Насосы и двигатели

Описание

Блок Jet Pump (IL) моделирует струйный насос для жидкости и жидкости в изотермической гидравлической сети с тем же мотивом и всасывающими жидкостями. Мотив входит в первичное сопло в порту A, которое втягивает всасывающую жидкость через входной порт S. После перемешивания в горловине объединенный поток расширяется через диффузор и выпускается в порт B. Общий скачок давления над насосом является суммой индивидуальных вкладов трения и изменения площади в каждой секции насоса и изменений импульса в горловине. Соглашение о знаке для уравнений ниже соответствует положительному потоку в горловину.

Схема струйного насоса

Изменения давления из-за изменений площади

Массовый расход жидкости сохраняется в насосе:

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{S} + {\dot{m}}_{B} = 0,$

где $\dot{m}$ _A - массовый расход жидкости через порт A, $\dot{m}$ _S - массовый расход жидкости через порт S, и $\dot{m}$ _A - массовый расход жидкости через порт B.

Используя сохранение массы и принцип Бернулли, изменения площади по сегментам насоса могут быть выражены в терминах скачка давления. С соплом связан следующий скачок давления:

$Δ p_{a,}_{N o z z l e} = \frac{{\dot{m}}_{A}}{4 ρ A_{N}^{2}},$

или 0, в зависимости от того, какая величина больше. Состав зависит от:

A N, Nozzle area, принятая в самом широком разделе.
ρ, плотность жидкости.

Принято, что вход сопла намного больше, чем выход сопла.

Несмотря на то, что геометрия типового всасывающего входного отверстия не имеет такой формы, как сопло, он эффективно испытывает тот же тип уменьшения площади, что и вход в горловину вокруг выпускного отверстия сопла. Это затрубное пространство принято намного меньше всасывающего отверстия. Из-за этого сокращения площади скачка давления:

$Δ p_{a,}_{A n n u l u s} = \frac{{\dot{m}}_{S}}{4 ρ {(A_{T} - A_{N})}^{2}},$

или 0, в зависимости от того, какая величина больше. A T - площадь поперечного сечения горловины. Над расширением диффузора скачка давления:

$Δ p_{a,}_{D i f f u s e r} = - \frac{{\dot{m}}_{B}^{2}}{2 ρ A_{T}^{2}} (1 - a^{2}),$

где a - Diffuser inlet to outlet area ratio.

Противоположные потоки

В случае обратного потока эффект площади сопла на скачок давления не моделируется, и, следовательно, поток, перемещающийся из горловины через сопло, не будет подвергаться никакому перепаду давления. Это обеспечивает числовую стабильность блока во время симуляции обратных потоков.

Изменения давления из-за перемешивания

Смешивание мотива и всасывающего потока происходит в горловине. Это изменение импульса связано с изменением давления:

$Δ p_{m i x i n g} = \frac{\frac{{\dot{m}}_{A}^{2}}{b} + \frac{{\dot{m}}_{S}^{2}}{1 - b} - {\dot{m}}_{B}^{2}}{ρ A_{T}},$

где b - Nozzle to throat area ratio, которая определяется между наибольшей и наименьшей площадями поперечного сечения сопла.

Падения давления на трение

Поток испытывает потери из-за трения в сопле, вторичном всасывающем отверстии, горловине и диффузоре. Эти потери вычисляются на основе коэффициента, заданного для каждой секции, и площади или отношения площадей между различными секциями насоса. Обратите внимание, что трение приводит к падению давления, независимо от направления потока. Падение давления в сопле из-за трения:

$Δ p_{f, N o z z l e} = K_{N} \frac{{\dot{m}}_{A} | {\dot{m}}_{A} |}{2 ρ A_{N}^{2}},$

где K N является Primary flow nozzle loss coefficient. Падение давления на трение во всасывающем потоке через затрубное пространство:

$Δ p_{f, A n n u l u s} = K_{S} \frac{{\dot{m}}_{S} | {\dot{m}}_{S} |}{2 ρ {(A_{T} - A_{N})}^{2}},$

где K S является Secondary flow entry loss coefficient. Падение давления в горловине из-за трения:

$Δ p_{f, T h r o a t} = K_{T} \frac{{\dot{m}}_{B} | {\dot{m}}_{B} |}{2 ρ A_{T}^{2}},$

где K T является Throat loss coefficient. Падение давления в диффузоре из-за трения:

$Δ p_{f, D i f f u s e r} = K_{D} \frac{{\dot{m}}_{B} | {\dot{m}}_{B} |}{2 ρ A_{T}^{2}},$

где K D является Diffuser loss coefficient. Обратите внимание, что знак соответствует отрицательному потоку от горловины к порту B. Потери заданы для областей с наибольшей скоростью в потоке. По этой причине площадь горловины, которая равна площади входного отверстия диффузора, используется в уравнении потерь диффузора.

Давление насыщения в сопле

Кавитация происходит, когда область низкого давления в потоке падает ниже давления насыщения пара. Это создает карманы пара в жидкости и препятствует любому дальнейшему увеличению потока через насос. Можно смоделировать этот предел скорости потока жидкости путем определения Minimum nozzle pressure, после которой скорость жидкости останется постоянной. Общий скачок давления над насосом зависит от этого порога давления на выходе сопла. Между соплом и диффузором, скачок давления либо

$p_{B} - p_{N} = Δ p_{m i x i n g} + Δ p_{f, T h r o a t} + Δ p_{f, D i f f u s e r} - Δ p_{a, D i f f u s e r}$

или $p_{B} - p_{N, \min},$ в зависимости от того, что меньше.

Общий скачок давления в сопле:

$p_{A} - p_{N} = Δ p_{a, N o z z l e} + Δ p_{f, N o z z l e} .$

Общий скачок давления в затрубном пространстве:

$p_{S} - p_{N} = Δ p_{a, A n n u l u s} + Δ p_{f, A n n u l u s} .$

Допущения и ограничения

Мотивы и всасывающие жидкости одинаковы.
Смешивание в горловине принято равномерным и полным.
Входное отверстие сопла намного больше, чем выходное отверстие сопла, и кольцевое пространство всасывающей струи намного меньше, чем входное отверстие всасывания.
Изменение давления из-за сопла не моделируется для обратных потоков.
Любой эффект кавитации моделируется как максимальный предел скорости потока жидкости в горловине.

Порты

Сохранение

расширить все

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входного отверстия движущей жидкости.

`S` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт входного отверстия всасывающей жидкости.

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Порт выхода смешанной жидкости.

Параметры

расширить все

`Nozzle area` - Площадь входного отверстия сопла
`1e-4` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь поперечного сечения входного сопла на его самом широком сечении. Движущая жидкость входит в струйный насос через сопло.

`Nozzle to throat area ratio` - Выход сопла в площадь горловины
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеристическое соотношение выходного отверстия сопла и площадей поперечного сечения горловины.

`Diffuser inlet to outlet area ratio` - Коэффициент геометрии диффузора
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеристическое отношение площади поперечного сечения входного и выходного отверстий диффузора.

`Primary flow nozzle loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.05` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеризует падения давления из-за трения сопла в движущем потоке.

`Secondary flow entry loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.005` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеризует падения давления во всасывающем потоке из-за трения всасывающего входного отверстия.

`Throat loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеризует падения давления в смеси из-за трения горловины.

`Diffuser loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Характеризует падения давления, вызванные смешанным потоком из-за трения в диффузоре.

`Minimum nozzle pressure` - Минимальное давление на выходе сопла
`0.1` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Устанавливает максимально допустимый скачок давления в струйном насосе. Если давления на выходе сопла падают ниже этого значения, блок моделирует эффект кавитации, ограничивая скорость жидкости скоростью при минимальном давлении сопла.

См. также

Центробежный насос (IL) | Насос постоянной производительности (IL) | Компенсированный по давлению насос (IL) | Насос переменной производительности (IL)

Введенный в R2020a

Документация

Jet Pump (IL)

Описание

Изменения давления из-за изменений площади

Изменения давления из-за перемешивания

Падения давления на трение

Давление насыщения в сопле

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`S` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

Параметры

`Nozzle area` - Площадь входного отверстия сопла
`1e-4` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nozzle to throat area ratio` - Выход сопла в площадь горловины
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Diffuser inlet to outlet area ratio` - Коэффициент геометрии диффузора
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Primary flow nozzle loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.05` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Secondary flow entry loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.005` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Throat loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Diffuser loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Minimum nozzle pressure` - Минимальное давление на выходе сопла
`0.1` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Jet Pump (IL)

Описание

Изменения давления из-за изменений площади

Изменения давления из-за перемешивания

Падения давления на трение

Давление насыщения в сопле

Допущения и ограничения

Порты

Сохранение

A - Порт жидкости изотермическая жидкость

S - Порт жидкости изотермическая жидкость

B - Порт жидкости изотермическая жидкость

Параметры

Nozzle area - Площадь входного отверстия сопла 1e-4 m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Nozzle to throat area ratio - Выход сопла в площадь горловины 0.25 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Diffuser inlet to outlet area ratio - Коэффициент геометрии диффузора 0.25 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Primary flow nozzle loss coefficient - Коэффициент потерь на трение 0.05 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Secondary flow entry loss coefficient - Коэффициент потерь на трение 0.005 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Throat loss coefficient - Коэффициент потерь на трение 0.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Diffuser loss coefficient - Коэффициент потерь на трение 0.1 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Minimum nozzle pressure - Минимальное давление на выходе сопла 0.1 Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`A` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`S` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`B` - Порт жидкости
изотермическая жидкость

`Nozzle area` - Площадь входного отверстия сопла
`1e-4` m ^ 2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Nozzle to throat area ratio` - Выход сопла в площадь горловины
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Diffuser inlet to outlet area ratio` - Коэффициент геометрии диффузора
`0.25` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Primary flow nozzle loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.05` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Secondary flow entry loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.005` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Throat loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Diffuser loss coefficient` - Коэффициент потерь на трение
`0.1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

`Minimum nozzle pressure` - Минимальное давление на выходе сопла
`0.1` Pa (по умолчанию) | положительная скалярная величина