Объект: HT1VIO

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT1VIO

Аннотация: Вход/выход в трубу

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, -		100.0
2	D	real	Гидравлический диаметр, м	m	0.01
3	Fluid		Имя объекта свойств среды, -
4	L	real	Длина элемента, м	m	0.01
5	P0	real	Начальное давление, Па	Pa	101325
6	T0	real	Начальная температура, K	K	293.15
7	W_undisturbed	real	Скорость невозмущенного потока на выходе, м/с	m/s	0.0
8	a	real	Толщина стенки трубопровода или угол вход/выход, м или град	m	0.0
9	r	real	Радиус скругления на входе или длина конусной части или расстояние от стенки до входа в трубу, м	m	0.1
10	types	string	Вход в прямую трубу постоянного поперечного сечения (D, r, a);1. Вход трубу которая заделана заподлицо под углом с отсутствием проходящего потока (D, a);2. Вход в коллектор очерченный по дуге круга с торцевой стенкой (D, r);3. Вход в коллектор очерченный по дуге круга без торцевой стенки (D, r);4. Вход конический коллектор с торцевой стенкой (D, r, a);5. Вход в конический коллектор без торцевой стенки (D, r, a) [0,1,2,3,4,5], -		0

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 входа/выхода в трубу (HT1VIO)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление на входе в трубопровод или выходе из него. Позволяет задавать тип входа/выхода, гидравлический диаметр, радиус скругления (или длину конусной части), толщину стенки (или угол), скорость невозмущённого потока на выходе и длину элемента. Учитывает 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 2000 Па.

Начальные данные:

Параметры модели (HT1VIO1)

types = 0 - Выбор типа входа/выхода

D = 0.05 - Гидравлический диаметр, м

r = 0.015 - Радиус скругления на входе (или длина конусной части, или расстояние от стенки до входа в трубу), м

a = 0.0002 - Толщина стенки трубопровода (или угол вход/выход), м или град

W_undisturbed = 0.0 - Скорость невозмущённого потока на выходе, м/с

L = 0.01 - Длина элемента, м

A_lam = 1.0 - 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. Вход/выход в трубу HT1VIO1 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 122) для a/D = 0.004 и r/D = 0.1, что даёт ζ = 0.8. Коэффициент A_lam = 1, Re > 1500. Вклад в ζ коэффициента A_lam = ζ + A_lam / Re минимален.

Результат:

Сопротивление по длине отсутствует. Используя коэффициент ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 122) для a/D = 0.004 и r/D = 0.1: ζ = 0.8.

Расчёт по формуле:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= Q_v \cdot \rho = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho}} \cdot \rho \\ &= \frac{1}{\sqrt{0.8}} \cdot \frac{3.14 \cdot 0.05^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 2000}{989.9}} \cdot 989.9 = 4.368\ \text{кг/с} \end{aligned}\end{split}\]

Определение \(\zeta\) для других типов входа/выхода определяется таблицами и формулами на страницах Идельчика (3-е издание, с. 122–129, 511). Коэффициент \(A_\text{lam} = 1\), \(\mathrm{Re} > 1500\). Вклад в \(\zeta\) коэффициента \(A_\text{lam}\) — слагаемое \(A_\text{lam} / \mathrm{Re}\) — минимален.

На графике Rro показано, что плотность постоянна и равна примерно 989.9 кг/м³. На графике Qm показано, что массовый расход устанавливается на значении 4.368 кг/с. На графике RUN совместно показаны расход и плотность. Это подтверждает корректность работы модели входа/выхода в трубу.

Формула для массового расхода через элемент:

\[\begin{split}\begin{gathered} Q_m = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D^2}{4} \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P} \\[1em] \text{где:} \\ \zeta \text{ — коэффициент местного сопротивления (по Идельчику),} \\ D \text{ — гидравлический диаметр,} \\ \rho \text{ — плотность,} \\ \Delta P \text{ — перепад давления.} \end{gathered}\end{split}\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Плотность Rro

Рисунок 3 - Массовый расход Qm

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT1VIO.Qm и HT1VIO.Ro)