Объект: HT1COE

../../../../_images/logo_ru_no_text.png

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT1COE

Аннотация: Конфузор/диффузор

Обозначение: Конфузор/диффузор

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

Port1

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, вход в элемент

2

Port2

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, выход из элемента

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

A_lam

real

Коэффициент гиперболы (A_lam / Re). Zeta в области ламинарного течения, -

100.0

2

Db

real

Диаметр большого сечения (Port2), м

m

0.01

3

Ds

real

Диаметр узкого сечения (Port1), м

m

0.01

4

Fluid

Имя объекта свойств среды, -

5

P0

real

Начальное давление, Па

Pa

101325

6

T0

real

Начальная температура, K

K

293.15

7

alpha_or_L

real

Угол перехода alpha – от 0 до 90 град; длина элемента L, -

m

10

8

types

string

Задается: alpha - угол перехода; L - Длина элемента [alpha,L], -

alpha

Расчетные и измеряемые величины:

№

Параметр

Описание

Единица

1

V_Pressure1

Давление на порте

Pa

2

V_SpecificEnthalpy1

Удельная энтальпия;

J/kg

3

V_Density1

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

4

V_Temperature1

Температура рабочей среды на порте;

K

5

S_MassFlow1

Массовый расход на порте ;

kg/s

6

S_EnthalpyFlow1

Поток энтальпии на порте ;

W

7

V_Pressure2

Давление на порте

Pa

8

V_SpecificEnthalpy2

Удельная энтальпия;

J/kg

9

V_Density2

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

10

V_Temperature2

Температура рабочей среды на порте;

K

11

S_MassFlow2

Массовый расход на порте ;

kg/s

12

S_EnthalpyFlow2

Поток энтальпии на порте ;

W

Пример использования компонента

Модель конфузора/диффузора (HT1COE)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде плавно сужающегося (конфузор) или расширяющегося (диффузор) участка трубопровода. Учитывает диаметры узкого и широкого сечений, угол перехода или длину элемента, шероховатость и режим течения. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах.

Проверка значения массового расхода при перепаде давления от 0 до 20000 Па (режим конфузора).

Начальные данные:

Параметры модели (HT1COE1)
Ds = 0.01 - Диаметр узкого сечения (Port1), м
Db = 0.0125 - Диаметр большого сечения (Port2), м
types = alpha - Задается угол перехода (alpha) или длина (L)
alpha_or_L = 10 - Угол перехода alpha (от 0 до 90 град)
A_lam = 0 - Коэффициент гиперболы (A_lam / Re)
P0 = 101300 - Начальное давление, Па
T0 = 293.15 - Начальная температура, К
Fluid = oil - Имя объекта свойств среды (масло)

Параметры источника давления (HT25PT1)
VL = 101300 Па - Нижний уровень давления
VH = 121300 Па - Верхний уровень давления (перепад до 20000 Па)
D = 0.1 - Начальная задержка, с
FT = 1.0 - Продолжительность переднего фронта, с
HT = 2 - Продолжительность вершины импульса, с
BT = 3.0 - Продолжительность заднего фронта, с
CT = 0.0 - Период

Параметры трубки (HT1STK1)
P = 101300 Па
T = 293.15 К

Датчики
HT01DS1: датчик плотности, k = 1, Fluid = oil
HT01MF1: датчик массового расхода, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 293.15, Fluid = oil

Параметры интегрирования
end = 3.0 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит источник давления HT25PT1, который создаёт перепад давления от 0 до 20000 Па (VL = 101300 Па, VH = 121300 Па) по трапециевидному закону. Конфузор/диффузор HT1COE1 установлен в трубопроводе. После элемента установлены датчик плотности HT01DS1, датчик массового расхода HT01MF1 и трубка HT1STK1. Измеряются массовый расход Qm и плотность Rro. В модели используется коэффициент сопротивления ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 250 для конфузора, страница 211 для диффузора). Коэффициент A_lam = 0, поэтому вклад в ζ от A_lam/Re отсутствует.

Результат:

HT1COE в режиме конфузора использует коэффициент ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 250) для угла 10 градусов и соотношения площадей n₀ = 0.064, ζ = 0.054.

Расчёт по формуле:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= Q_v \cdot \rho = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D_s^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho}} \cdot \rho \\ &= \frac{1}{\sqrt{0.054}} \cdot \frac{3.14 \cdot 0.01^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 20000}{989.9}} \cdot 989.9 = 2.125\ \text{кг/с} \end{aligned}\end{split}\]

Ввиду того, что \(\zeta\) получена аппроксимацией таблицы и рассчитывается местное сопротивление по длине трубы, есть отличия от расхода, полученного в расчёте pradis и упрощённого ручного расчёта.

Определение \(\zeta\) для объекта HT1COE в режиме диффузора по таблице Идельчика (страница 211).

Коэффициент \(A_\text{lam} = 0\). Вклад в \(\zeta\) коэффициента \(A_\text{lam}\) — слагаемое \(A_\text{lam} / \mathrm{Re}\) — отсутствует.

На графике Rro показано, что плотность постоянна и равна примерно 989.9 кг/м³. На графике Qqm показано, что массовый расход устанавливается на значении примерно 2.1 кг/с. На графике RUN совместно показаны расход и плотность. Это подтверждает корректность работы модели конфузора/диффузора.

Формула для массового расхода через элемент:

\[\begin{split}\begin{gathered} Q_m = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D_s^2}{4} \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P} \\[1em] \text{где:} \\ \zeta \text{ — коэффициент местного сопротивления (по Идельчику),} \\ D_s \text{ — диаметр узкого сечения,} \\ \rho \text{ — плотность,} \\ \Delta P \text{ — перепад давления.} \end{gathered}\end{split}\]
Схема теста
../../../../_images/HT1COE.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста
../../../../_images/HT1COE.Rro.png

Рисунок 2 - Плотность Rro

../../../../_images/HT1COE.Qqm.png

Рисунок 3 - Массовый расход Qm

../../../../_images/HT1COE.RUN.png

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN