Partially Filled Vertical Pipe LP

Частично заполненный вертикальный трубопровод, соединяющий два баков

Библиотека

Блоки низкого давления

Описание

Блок Partially Filled Vertical Pipe LP моделирует вертикальный трубопровод, соединяющий два баков. Блок учитывает возможность опустошения верхнего корпуса, и поэтому верхний порт трубопровода может оказаться пустым. Уровень жидкости в трубопроводе затем оседает в некотором промежуточном положении, в зависимости от давления в обоих портах.

На следующей принципиальной схеме показаны два баков, соединенные частично заполненным вертикальным трубопроводом, где:

h A и _h B являются высотами портов A и B, соответственно
h P - это уровень жидкости в трубопроводе
L - длина трубопровода

Бак считается пустой, если объем жидкости становится меньше заданного значения. Если верхняя емкость опустошена, скорость потока жидкости через порт А принимается равной 0, а давление давления в баке переходит через порт А к трубопроводу. Когда давление увеличивается в нижнем порту B, жидкость течет вверх по потоку. После того, как трубопровод будет заполнен, жидкость начнет заполнять верхний корпус.

Вы должны подключить порт А к компоненту, который обеспечивает данные по объему жидкости (такому как блок Резервуар или любому из блоков Емкости). Порт A повышения должен быть больше, чем порт B повышения.

Вы можете подключить порт B к любому гидравлическому компоненту с одним ограничением: компонент должен держать порт погруженным в любое время.

Гидравлическое сопротивление трубопровода пропорционально длине жидкости в трубе (смоченная длина). Чем короче смоченная длина, тем меньше сопротивление. Чтобы избежать нулевого значения сопротивления при приближении смоченной длины к 0, объем жидкости в трубопроводе ограничивается минимальным значением по аналогии с баком. После достижения минимального объема, скорость потока жидкости через порт B принимается равной 0.

Рекомендуется соединить порт B с другим баком или с источником давления. Когда вы соединяете его с источником давления, это обеспечивает некоторое гидравлическое сопротивление (фиксированное отверстие, клапан и так далее) между трубопроводом и источником, избегая нулевого сопротивления.

Блок моделирует трубопроводы с круглым и некруглым сечениями. Блок учитывает потери на трение, переменный уровень жидкости в трубопроводе и получившиеся результаты в портах. Блок основан на допущении об установившихся условиях импульса жидкости. Для получения дополнительной информации смотрите Основные допущения и ограничения. Для анализа локальных сопротивлений (таких как изгибы , арматура, входное и выходное отверстия и так далее) преобразуйте сопротивления в эквивалентные им длины, суммируйте все сопротивления, получая совокупную длину, а затем добавляйте эту длину к геометрической длине трубопровода. Отношение между добавленной и текущей смоченной длиной трубопровода поддерживается постоянным, когда трубопровод опустошается или заполняется жидкостью.

Скорости потока жидкости через порты трубопровода вычисляются индивидуально, потому что они различаются, когда верхний порт доступен. Скорость потока жидкости пропорциональна коэффициенту трения и перепад давления. Коэффициент трения в турбулентном режиме определяется аппроксимацией Haaland [1]:

$f = \frac{1}{{(- 1.8 \log_{10} (\frac{6.9}{R e} + {(\frac{k / D_{H}}{3.7})}^{1.11}))}^{2}}$

$Re = \frac{q \cdot D_{H}}{A \cdot ν}$

где

f	Коэффициент трения
k	Высота шероховатости внутренней поверхности трубопровода
Re	Число Рейнольдса
q	Скорость потока жидкости
D H	Гидравлический диаметр трубопровода
A	Площадь поперечного сечения по каналу
ν	Кинематическая вязкость жидкости

В ламинарном режиме коэффициент трения определяется как

$f = \frac{s}{^{Re}}$

где s - геометрический масштабный фактор, или число Пуазейля [1], заданное как функция коэффициента Фэннинга для различных труб некруглого сечения: прямоугольника, концентрического кольца, эллипса и кругового сектора.

Коэффициент трения во время перехода от ламинарного к турбулентному режиму определяется линейной интерполяцией между крайними точками режимов. В результате этих предположений трубопровод моделируется согласно следующим уравнениям:

$q_{A} = {\begin{array}{l} 0 & для p > = 0, V < V_{\min} \\ A \sqrt{\frac{1}{f} \frac{D_{H}}{L_{e f}}} \sqrt{\frac{2}{ρ} \cdot p} & для p > = 0, V > = V_{\min}, R e > = R e_{c r} \\ 2 \cdot A \cdot \frac{D_{H}^{2}}{s \cdot ν \cdot ρ \cdot L_{e f}} \cdot p & для p > = 0, V > = V_{\min}, R e < R e_{c r} \\ 0 & для p < 0, L_{F} < = L \\ 2 \cdot A \cdot \frac{D_{H}^{2}}{s \cdot ν \cdot ρ \cdot L_{e f}} \cdot p & для p < 0, L_{F} > L, R e < R e_{c r} \\ A \sqrt{\frac{1}{f} \frac{D_{H}}{L_{e f}}} \sqrt{\frac{2}{ρ} \cdot | p |} & для p < 0, L_{F} > L, R e > = R e_{c r} \end{array}$

$q_{B} = {\begin{array}{l} 0 & для p > = 0, V_{F} < V_{\min} \\ A \sqrt{\frac{1}{f} \frac{D_{H}}{L_{e f}}} \sqrt{\frac{2}{ρ} \cdot | p |} \cdot s i g n (p) & для p > = 0, V_{F} > = V_{\min}, R e > = R e_{c r} \\ 2 \cdot A \cdot \frac{D_{H}^{2}}{s \cdot ν \cdot ρ \cdot L_{e f}} \cdot p & для p > = 0, V_{F} > = V_{\min}, R e < R e_{c r} \end{array}$

$q_{A} - q_{B} = \frac{d V_{p}}{d t}$

$L_{F} = \frac{V_{p}}{A}$

$L_{e f} = L_{F} (1 + \frac{L_{a d}}{L})$

$h_{p} = L_{F} \frac{h_{A} - h_{B}}{L}$

$p = p_{A} - p_{B} + ρ \cdot g \cdot h_{p}$

где

q A, _q B	Скорости потока жидкости через порты А и B, соответственно
p A, _p B	Давления в портах А и B, соответственно
h A, _h B	Порт А и порт B повышений, соответственно
L	Геометрическая длина трубопровода
_Lad	Совокупная эквивалентная длина локальных сопротивлений
_LF	Смоченная длина трубопровода
_Lef	Эффективная длина трубопровода
ρ	Плотность жидкости
p	Перепад давления на трубопроводе
V	Объем жидкости в верхней емкости
V p	Объем жидкости в трубопроводе
V _мин	Минимальный объем жидкости в баке или в трубопроводе. Если V становится меньше V _мин, то верхняя емкость считается пустой, скорость потока жидкости через порт А принимается равной 0, и давление давления в баке переходит через порт А к трубопроводу. Если _V p становится меньше _V мин, то трубопровод рассматривается пустым, и скорость потока жидкости через порт B принимается равной 0.
h p	Повышение жидкости в трубопроводе
_Recr	Критическое число Рейнольдса
g	Ускорение свободного падения

Скорость потока жидкости A положительная когда жидкости течет в трубопровод. Скорость потока жидкости B положительная когда жидкости вытекает из трубопровода.

Основные допущения и ограничения

Блок основан на допущении об установившихся условиях импульса жидкости.
Инерция жидкости и сжимаемость жидкости не учитываются.
Поток принимается непрерывным по длине трубопровода, поэтому эффекты разрыва потока не рассматриваются.
Для расчета локальных сопротивлений в трубе необходимо преобразовать сопротивления в эквивалентные им длины, суммировать их, чтобы получить совокупную длину, а затем добавить эту совокупную длину к геометрической длине трубопровода.
Высота порта A должна быть больше высоты порта B.
Порт А должен быть подключен к гидравлическому порту верхнего корпуса. Объем жидкости в верхнем корпусе должен быть введен в блок Частично Заполненный Вертикальный Трубопровод НД через порт физического сигнала V. Если вы используете один из стандартных Simscape™ Fluids™ резервуар или блоки емкости, подключите его физический выходной порт непосредственно к входу порту V. Если вы используете пользовательский блок емкости, он должен иметь порт, который экспортирует объем жидкости в баки как физический сигнал, и вы должны подключить этот выход порт к входу порту V.
Порт B не должен оказаться пустым.
Коэффициент трения в турбулентном режиме вычисляется аппроксимацией Haaland.
Коэффициент трения в ламинарном режиме определяется как число Пуазейля, деленное на число Рейнольдса.
Коэффициент трения во время перехода от ламинарного к турбулентному режиму вычисляется линейной интерполяцией.

Вкладка « Основные параметры»

Pipe type: Тип сечения канала: Circular или Noncircular. Для круглого сечения задается ее внутренний диаметр. Для некруглого сечения задайте его гидравлический диаметр и площадь поперечного сечения по каналу. Значение по умолчанию параметра Circular.
Pipe internal diameter: Внутренний диаметр по каналу. Параметр доступен, если Pipe type задано значение Circular. Значение по умолчанию 0.01 м.
Noncircular pipe cross-sectional area: Площадь поперечного сечения по каналу. Параметр доступен, если Pipe type задано значение Noncircular. Значение по умолчанию 0.08 м ^ 2.
Noncircular pipe hydraulic diameter: Гидравлический диаметр сечения канала. Параметр доступен, если Pipe type задано значение Noncircular. Значение по умолчанию 0.1 м.
Geometrical shape factor: Используется для вычисления коэффициента трения при ламинарном течении. Форма сечения канала определяет значение. Для трубопровода с некруглым сечением установите коэффициент в соответствующее значение, например, 56 для квадрата, 96 для концентрического кольца, 62 для прямоугольника (2:1) и так далее [1]. Значение по умолчанию 64, что соответствует трубе круглого сечения.
Pipe length: Геометрическая длина трубопровода. Значение по умолчанию 100 м.
Aggregate equivalent length of local resistances: Представляет общую эквивалентную длину всех локальных сопротивлений, связанных с трубопроводом. Можно учесть падения давления, вызванные локальными сопротивлениями, такими как повороты, подборы кривой, якорь, потери входного отверстия/выхода и так далее, добавив к геометрической длине трубопровода совокупную эквивалентную длину всех локальных сопротивлений. Значение по умолчанию 50 м.
Tank minimum volume: Минимальный объем жидкости в верхней емкости или в трубопроводе, соответствующий V _мин в уравнениях блока. Бак или трубопровод считается пустым, если его объем жидкости становится меньше _{V мин}. Значение по умолчанию 1e-4 м ^ 3.
Laminar flow upper margin: Задает число Рейнольдса, при котором ламинарный режим течения жидкости начинает преобразовываться в турбулентный. Математически это максимальное значение числа Рейнольдса при полностью развитом ламинарном течении. Значение по умолчанию 2000.
Turbulent flow lower margin: Задает число Рейнольдса, при котором турбулентный режим течения принимается полностью развитым. Математически это минимальное число Рейнольдса при турбулентном потоке. Значение по умолчанию 4000.
Internal surface roughness height: Размер шероховатости на внутренней поверхности трубопровода. Параметр обычно предоставляется в таблицах данных или каталогах производителей. Значение по умолчанию 5e-5 м.

Вкладка положение по вертикали

Port A elevation wrt reference plane: Значение высоты по вертикали порта А трубы относительно базовую плоскость. Значение по умолчанию 50 м.
Port B elevation wrt reference plane: Значение высоты по вертикали порта В трубы относительно базовую плоскость. Значение по умолчанию 0.

Ограниченные параметры

Глобальные параметры

Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:

Fluid density
Fluid kinematic viscosity

Используйте блок Hydraulic Fluid или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы задать свойства жидкости.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Гидравлический порт сопоставлен с входным отверстием трубопровода.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходным отверстием трубопровода.
V: Входной порт физического сигнала, который обеспечивает данные по объему жидкости в верхней емкости.
L: Выходной порт физического сигнала, который экспортирует уровень жидкости трубопровода.

Ссылки

[1] Белый, F.M., Вязкий Поток Жидкости, Макгроу-Хилл, 1991

Расширенные возможности

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

См. также

Hydraulic Pipe LP with Variable Elevation | Resistive Pipe LP with Variable Elevation

Введенный в R2013a

Документация

Partially Filled Vertical Pipe LP

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Вкладка « Основные параметры»

Вкладка положение по вертикали

Глобальные параметры

Порты

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Partially Filled Vertical Pipe LP

Библиотека

Описание

Основные допущения и ограничения

Параметры

Вкладка « Основные параметры»

Вкладка положение по вертикали

Глобальные параметры

Порты

Ссылки

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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