Pipe (IL)
Твердый кабелепровод для потока жидкости в изотермических жидких системах
- Библиотека:
Simscape / Библиотека Основы / Изотермическая Жидкость / Элементы
Описание
Модели блока Pipe (IL) передают динамику потока по каналу в изотермической жидкой сети. Блок вычисляет вязкие потери на трение и может также составлять динамическую сжимаемость и инерцию жидкости.
Трубопровод содержит постоянный объем жидкости. Жидкость испытывает падение давления из-за вязкого трения, после уравнения Darcy-Weisbach.
Передайте эффекты по каналу
Блок позволяет вам включать динамическую сжимаемость и эффекты инерции жидкости. Включение каждого из этих эффектов может улучшить точность модели за счет увеличенной сложности уравнения и потенциально увеличенной стоимости симуляции:
Когда динамическая сжимаемость выключена, жидкость принята, чтобы провести незначительное время в объеме трубопровода. Поэтому нет никакого накопления массы в трубопроводе, и массовый приток равняется массовому оттоку. Это - самая простая опция. Уместно, когда жидкая масса в трубопроводе является незначительной частью общей жидкой массы в системе.
Когда динамическая сжимаемость включена, неустойчивость массового притока и массового оттока может заставить жидкость накапливаться или уменьшаться в трубопроводе. В результате давление в объеме трубопровода может взлет и падение динамически, который предоставляет некоторую податливость системе и модулирует быстрые скачки давления. Это - опция по умолчанию.
Если динамическая сжимаемость включена, можно также включить инерцию жидкости. Этот эффект приводит к дополнительному сопротивлению потока помимо сопротивления из-за трения. Это дополнительное сопротивление пропорционально скорости изменения массового расхода жидкости. Вычисление инерции жидкости замедляет быстрые изменения в скорости потока жидкости, но может также заставить скорость потока жидкости промахиваться и колебаться. Эта опция является соответствующей в очень длинном трубопроводе. Включите инерцию жидкости и соедините несколько сегментов трубопровода последовательно, чтобы смоделировать распространение волн давления вдоль трубопровода, такой как в явлении гидравлического удара.
Баланс массы
Массовое уравнение сохранения для трубопровода
где:
и массовые расходы жидкости через порты A и B.
V является объемом жидкости трубопровода.
p я - давление в трубопроводе.
ρ я - плотность жидкости в трубопроводе.
β я - жидкий модуль объемной упругости в трубопроводе.
Жидкость может быть смесью чистой жидкости и небольшим количеством определенного воздуха, как задано блоком Isothermal Liquid Properties (IL), соединенным со схемой. Уравнения использовались для расчета ρ I и β I, а также плотности размещения портов ρ A и ρ B в вязких уравнениях падения давления трения для каждого хаф-пайпа, зависьте от выбранной изотермической жидкой модели. Для получения дальнейшей информации см. Изотермические Жидкие Опции Моделирования.
Баланс импульса
Таблица показывает уравнения сохранения импульса для каждого хаф-пайпа.
| Для хаф-пайпа, смежного с портом A |
|
| Для хаф-пайпа, смежного с портом B |
|
В уравнениях:
p, p A, и p B является жидкими давлениями в порте A и порте B, соответственно.
Δp v, A и Δp v, B является вязким падением давления трения между центром объема трубопровода и портами A и B.
L является длиной трубопровода.
S является площадью поперечного сечения по каналу.
Вязкое падение давления трения
Таблица показывает вязкие уравнения падения давления трения для каждого хаф-пайпа.
| Для хаф-пайпа, смежного с портом A |
|
| Для хаф-пайпа, смежного с портом B |
|
В уравнениях:
λ является масштабным фактором трубопровода, используемым, чтобы вычислить коэффициент трения Дарси в ламинарном режиме.
μ является динамической вязкостью жидкости в трубопроводе.
L eq является совокупной эквивалентной продолжительностью локальных сопротивлений трубопровода.
D h является гидравлическим диаметром трубопровода.
f A и f B является коэффициентами трения Дарси в половинах трубопровода, смежных с портами A и B.
Re A и Re B является числами Рейнольдса в портах A и B.
Бегство Re является числом Рейнольдса выше который переходы потока к турбулентному.
Re tur является числом Рейнольдса ниже который переходы потока к ламинарному.
Когда число Рейнольдса между бегством Re и Re tur, поток находится в переходе между ламинарным течением и турбулентным течением. Падение давления из-за вязкого трения во время области перехода следует за сглаженной связью между теми в ламинарном режиме течения жидкости и теми в режиме турбулентного течения.
Блок вычисляет числа Рейнольдса в портах A и B на основе массового расхода жидкости через соответствующий порт:
Коэффициенты трения Дарси следуют из аппроксимации Haaland для турбулентного режима:
где:
f является коэффициентом трения Дарси.
r является шероховатостью поверхности трубопровода.
Допущения и ограничения
Стена трубопровода тверда.
Поток полностью разрабатывается.
Эффект силы тяжести незначителен.
Порты
Сохранение
Параметры
Ссылки
[1] Белый, F. M. гидроаэромеханика. 7-й Эд, разделите 6.8. McGraw-Hill, 2011.