Объект: PT001P

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

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT001P

Аннотация: Прямой участок трубы с задаваемым количеством разбиений

Обозначение: Прямой участок трубы с задаваемым количеством разбиений

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

Port1

PNEUMATIC

Термопневматический порт, вход в элемент

2

Port2

PNEUMATIC

Термопневматический порт, выход из элемента

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

D

real

Гидравлический диаметр, м

m

0.01

2

Fluid

Имя объекта свойств среды, -

3

L

real

Длина элемента, м

m

0.01

4

N

real

Kоличество участков труб, -

1

5

P0

real

Начальное давление, Па

Pa

101325

6

T0

real

Начальная температура, K

K

293.15

7

eps

real

Абсолютная шероховатость, 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 прямого участка трубы с задаваемым количеством разбиений (PT001P)

Элемент моделирует гидравлическое сопротивление прямого участка трубопровода с учётом распределённых потерь на трение. Позволяет задавать количество разбиений (участков), что даёт возможность более точно моделировать распределённые параметры потока. Учитывает гидравлический диаметр, длину, шероховатость и режим течения (ламинарный/турбулентный). Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах.

Проверка значения массового расхода при перепаде давления 91 Па, обеспечивающем ламинарное течение (Re ≈ 800) и перепаде 38400 Па, обеспечивающем турбулентное течение (Re ≈ 25000).

Начальные данные:

Параметры модели (PT001P1) (верхняя ветка)
D = 0.01 - Гидравлический диаметр, м
L = 10 - Длина элемента, м
eps = 0.0 - Абсолютная шероховатость, м
N = 1 - Количество участков труб
P0 = 101300 - Начальное давление, Па
T0 = 293.15 - Начальная температура, К
Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Параметры модели (PT001P2) (нижняя ветка)
Идентичны PT001P1

Параметры источников давления (PT25PT1, PT25PT2)
PT25PT1: VL = 101300, VH = 101390.7289, D = 0.1, FT = 0.5, HT = 100, BT = 3.0, CT = 0.0
PT25PT2: VL = 101300, VH = 139696.873, D = 0.1, FT = 0.5, HT = 100, BT = 3.0, CT = 0.0

Датчики плотности
PT01DS1, PT01DS2: k = 1, Fluid = DryAir

Датчики массового расхода
PT01MF1, PT01MF2: D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 293.15, Fluid = DryAir

Трубки
PT1STK1, PT1STK2: P = 101300, T = 293.15

Параметры интегрирования
end = 10 с, control = 1e-3

Схема тестирования:

Схема содержит две параллельные ветки. В каждой ветке установлен прямой участок трубы (PT001P1 и PT001P2) с одинаковыми геометрическими параметрами (D = 0.01 м, L = 10 м, N = 1, eps = 0). На входе каждой ветки задаётся перепад давления с помощью трапециевидного источника (PT25PT1 и PT25PT2). Верхняя ветка: перепад давления 91 Па (VH = 101390.7289 Па, VL = 101300 Па), что обеспечивает ламинарное течение (Re ≈ 800). Нижняя ветка: перепад давления 38400 Па (VH = 139696.873 Па, VL = 101300 Па), что обеспечивает турбулентное течение (Re ≈ 25000). Измеряются массовые расходы Qm и Qm1, а также плотности Rro и Rro1.

Результат:

Ламинарное течение (верхняя ветка): Скорость потока равна V = sqrt(2 * D * dp / (L * ro * ff)), где ff — коэффициент трения. Значение ff ≈ 0.08 при нулевой шероховатости и числе Рейнольдса ≈ 800 (ff ≈ 64/Re). Табличная кинематическая вязкость воздуха ≈ 17.15e-6 м²/с. Выражая из Re = V * D / ν, после приравнивания получаем dp = Re² * ν² * L * ro * ff / (3 * D³). При D = 0.01 м, L = 10 м, dp = 91 Па: V ≈ 1.372 м/с, Re ≈ 800, Qm ≈ 0.0001298 кг/с.

Турбулентное течение (нижняя ветка): Значение ff ≈ 0.0243 при нулевой шероховатости и числе Рейнольдса ≈ 25000. Табличная кинематическая вязкость воздуха ≈ 17.15e-6 м²/с. При D = 0.01 м, L = 10 м, dp = 38400 Па: V ≈ 42.875 м/с, Re ≈ 38400, Qm ≈ 0.00559 кг/с.

На графике Qm показано изменение массовых расходов во времени: зелёная кривая (Qm1) достигает значения 0.0168 кг/с (турбулентный режим), красная кривая (Qm) — 0.00013 кг/с (ламинарный режим). На графике Rro показано изменение плотности: для нижней ветки (Rro1) плотность выше и составляет примерно 1.66 кг/м³, для верхней ветки (Rro) — 1.2049 кг/м³.

Формулы для расчёта:

\[\begin{split}\begin{aligned} \mathrm{Re} &= \frac{V \cdot D}{\nu} \\ f_f &= \frac{64}{\mathrm{Re}} \quad \text{(ламинарный режим)} \\ V &= \sqrt{\frac{2 \cdot D \cdot \Delta P}{L \cdot \rho \cdot f_f}} \\ Q_m &= \rho \cdot V \cdot \frac{\pi \cdot D^2}{4} \end{aligned}\end{split}\]
Схема теста
../../../../_images/PT001P.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста
../../../../_images/PT001P.Qm.png

Рисунок 2 - Массовые расходы Qm и Qm1

../../../../_images/PT001P.Rro.png

Рисунок 3 - Плотности Rro и Rro1