Объект: HT1TEO

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT1TEO

Аннотация: Диафрагма

Обозначение:

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 в узком сечении мембраны, -		100
2	Dm	real	Гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, м	m	0.01
3	Dp	real	Гидравлический диаметр трубопровода, м	m	0.02
4	Fluid		Имя объекта свойств среды, -
5	Lm	real	Ширина узкого сечения мембраны, м	m	0.01
6	Lp	real	Длина трубопровода с учетом ширины мембраны, м	m	0.2
7	P0	real	Начальное давление, Па	Pa	101325
8	T0	real	Начальная температура, K	K	293.15
9	eps_p	real	Абсолютная шероховатость трубопровода, м	m	0.000045

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 диафрагмы (HT1TEO)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде диафрагмы (шайбы) с узким сечением. Учитывает гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, диаметр трубопровода, ширину мембраны, длину трубопровода с учётом ширины мембраны, шероховатость и режим течения. Вклад сопротивления учитывается по длине трубопровода, исключая длину узкой части. Коэффициент сопротивления ζ определяется по справочнику Идельчика. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с диафрагмами.

Проверка значения массового расхода при перепаде давления от 0 до 2000 Па.

Начальные данные:

Параметры модели (HT1TEO1)

Dm = 0.01 - Гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, м

Dp = 0.02 - Гидравлический диаметр трубопровода, м

Lm = 0.01 - Ширина узкого сечения мембраны, м

Lp = 0.02 - Длина трубопровода с учётом ширины мембраны, м

eps_p = 0 - Абсолютная шероховатость трубопровода, м

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 (HT2SPT1)

VL = 101300 Па - Нижний уровень давления

VH = 103300 Па - Верхний уровень давления (перепад до 2000 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 HT2SPT1, который создаёт перепад давления от 0 до 2000 Па (VL = 101300 Па, VH = 103300 Па) по трапециевидному закону. Диафрагма HT1TEO1 с параметрами Dm = 0.01 м, Dp = 0.02 м, Lm = 0.01 м, Lp = 0.02 м установлена 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 167). Коэффициент A_lam = 0, поэтому вклад в ζ от A_lam/Re отсутствует.

Результат:

В модели HT1TEO вклад сопротивления учитывается по длине трубопровода, исключая длину узкой части. Шероховатость = 0.0, вклад сопротивления по длине трубы мал, и расчёт можно произвести с достаточной точностью по формуле Бернулли, используя коэффициент ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 167):

\[\begin{split}\begin{aligned} \zeta &= 0.5 \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_1}\right)^{0.75} + \left(1 - \frac{F_0}{F_2}\right)^2 \\ &\quad + \tau \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_1}\right)^{0.375} \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_2}\right) \\ F_1 &= F_2 = \frac{\pi \cdot 0.02^2}{4} \\ L &= D_{\text{г}}, \text{ значит, } \tau = 0.24 \\ \zeta &= 1.127055956 \end{aligned}\end{split}\]

Расчёт по формуле:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= Q_v \cdot \rho = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D_m^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho}} \cdot \rho \\ &= \frac{1}{\sqrt{1.127}} \cdot \frac{3.14 \cdot 0.01^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 2000}{989.9}} \cdot 989.9 = 0.1475324428\ \text{кг/с} \end{aligned}\end{split}\]

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

На графике Qm показано изменение массового расхода во времени: после переходного процесса расход устанавливается на значении 0.1475 кг/с. На графике Rro показано изменение плотности: плотность устанавливается на значении примерно 989.9 кг/м³. На графике RUN совместно показаны расход и плотность. Это подтверждает корректность работы модели диафрагмы.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Массовый расход Qm

Рисунок 3 - Плотность Rro

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT1TEO.Qm и HT1TEO.Ro)