Hydraulic Resistive Tube

Гидравлический трубопровод, который учитывает только потери на трение

Библиотека

Гидравлические элементы

Описание

Блок Hydraulic Resistive Tube моделей гидравлические трубопроводы с круглым и некруглым сечениями и учитывает только гидравлическое сопротивление. Другими словами, блок развивается с основным допущением установившегося течения жидкости. Ни сжимаемость жидкости, ни инерция жидкости не рассматриваются в модели, что означает, что такие функции, как водяной молоток, не могут быть исследованы. При необходимости можно добавить сжимаемость жидкости, инерцию жидкости и другие эффекты к вашей модели с помощью других блоков, таким образом создавая более реальную модель.

Эффекты разрыва потока также не рассматриваются, принимая, что течение полностью неразрывно по длине трубопровода. Для расчета локальных сопротивлений, таких как изгибы , арматура, входное и выходное отверстия и так далее, все сопротивления преобразуются в эквивалентные им длины, и затем общая длина всех сопротивлений добавляется к геометрической длине трубопровода.

Падение давления на трение определяется уравнением Дарси, в котором потери пропорциональны потоку , зависящему от коэффициента трения и квадрату скорости потока жидкости. Коэффициент трения в турбулентном режиме определяется аппроксимацией Haaland (см. [1]). Коэффициент трения во время перехода от ламинарного к турбулентному режиму определяется линейной интерполяцией между крайними точками режимов. В результате этих предположений трубка моделируется согласно следующим уравнениям:

$p = f \frac{(L + L_{e q})}{D_{H}} \frac{ρ}{2 A^{2}} q \cdot | q |$

$f = {\begin{array}{l} K_{s} / R e & для R e < = R e_{L} \\ f_{L} + \frac{f_{T} - f_{L}}{R e_{T} - R e_{L}} (R e - R e_{L}) & для R e_{L} < R e < R e_{T} \\ \frac{1}{{(- 1.8 \log_{10} (\frac{6.9}{R e} + {(\frac{r / D_{H}}{3.7})}^{1.11}))}^{2}} & для R e > = R e_{T} \end{array}$

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

где

p	Падение давления вдоль трубопровода из-за трения
q	Скорость потока жидкости через трубопровод
Re	Число Рейнольдса
Re L	Максимальное значение числа Рейнольдса при ламинарном течении
Re T	Минимальное число Рейнольдса при турбулентном потоке
K s	Масштабный фактор, который характеризует сечение канала
f L	Коэффициент трения на ламинарной границе
f T	Коэффициент трения на турбулентной границе
A	Площадь поперечного сечения по каналу
D H	Гидравлический диаметр трубопровода
L	Геометрическая длина трубопровода
L _eq	Совокупная эквивалентная длина локальных сопротивлений
r	Высота шероховатости внутренней поверхности трубопровода
ν	Кинематическая вязкость жидкости

Блок имеет положительное направление от порта А до порта B. Это означает, что скорость потока жидкости положительная, если она течет от A до B, и потеря давления определяется как $p = p_{A} - p_{B}$ .

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в Property Inspector блоков). Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Основные допущения и ограничения

Поток принимается непрерывным по длине трубопровода.
Инерция жидкости, сжимаемость жидкости и пограничное течение не учитываются.

Параметры

Tube cross section type: Тип поперечного сечения трубы: Circular или Noncircular. Для круговой трубы задается ее внутренний диаметр. Для некруглой трубы задаются ее гидравлический диаметр и площадь поперечного сечения. Значение по умолчанию параметра Circular.
Tube internal diameter: Внутренний диаметр трубы. Параметр используется, если Tube cross section type установлено на Circular. Значение по умолчанию 0.01 м.
Noncircular tube cross-sectional area: Площадь поперечного сечения трубы. Параметр используется, если Tube cross section type установлено на Noncircular. Значение по умолчанию 1e-4 м ^ 2.
Noncircular tube hydraulic diameter: Гидравлический диаметр поперечного сечения трубы. Параметр используется, если Tube cross section type установлено на Noncircular. Значение по умолчанию 0.0112 м.
Geometrical shape factor: Используется для вычисления коэффициента трения при ламинарном течении. Форма поперечного сечения трубы определяет значение. Для трубы 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 трубке с круглым сечением.
Tube length: Геометрическая длина трубы. Значение по умолчанию 5 м.
Aggregate equivalent length of local resistances: Этот параметр представляет общую эквивалентную длину всех локальных сопротивлений, сопоставленных с трубой. 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 1 м.
Internal surface roughness height: Размер шероховатости на внутренней поверхности трубы. Параметр обычно предоставляется в таблицах данных или каталогах производителей. Значение по умолчанию 1.5e-5 м, что соответствует цельнотянутой трубе.
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.

Ограниченные параметры

Глобальные параметры

Параметры, определяемые типом рабочей жидкости:

Fluid density
Fluid kinematic viscosity

Используйте блок Hydraulic Fluid (Simscape Fluids) или блок Custom Hydraulic Fluid, чтобы задать свойства жидкости.

Порты

Блок имеет следующие порты:

A: Гидравлический порт сопоставлен с входным отверстием трубы.
B: Гидравлический порт сопоставлен с выходным отверстием трубы.

Ссылки

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

Документация