Участок трубопровода (ТГ)#

block — Внешний вид блока в REPEAT VISION#

Блок:

Описывает течение жидкости через участок трубы;
Учитывает потери давление при трении о шероховатую стенку трубы и изменение температуры при прохождении жидкости по трубе.

Примечание

Опционально блок может учитывать сжатие и инерцию жидкости.

Потери давления вследствие трения:

Если число Рейнольдса потока меньше, чем верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока, то потери давления считаются по формуле (1):

(1)#\[ \Delta P_{fric} = \frac{\nu\lambda}{2D^2S} L \ \dot{m} \]

где:

\(\nu\) – кинематическая вязкость, [м\(^2\)/с];

\(\lambda\) – коэффициент трения Дарси, который равен 64;

\(L\) – длина трубы, [м];

\(D\) – диаметр трубы, [м];

\(S\) – площадь сечения трубы, [м\(^2\)];

\(\dot{m}\) – массовый расход жидкости, [кг/с].

Если число Рейнольдса потока больше, чем нижний предел числа Рейнольдса для турбулентного потока, то потери давления считаются по формуле (2):

(2)#\[ \Delta P_{fric} = \frac{f}{2\rho S^2} \frac{L}{D} \mid \dot{m} \mid \dot{m} \]

\(f = \{-1.8 \ log_{10}[\frac{6.9}{Re} + (\frac{\varepsilon}{3.7D_h})^{1.11}] \}^{-2}\)

\(\rho\) – плотность жидкости, [кг/м\(^3\)];

\(S\) – площадь сечения трубы, [м\(^2\)];

\(L\) – длина трубы, [м];

\(D\) – диаметр трубы, [м];

\(\dot{m}\) – массовый расход жидкости, [кг/с];

\(Re\) – число Рейнольдса;

\(\varepsilon\) – шероховатость трубы;

\(D_h\) – гидравлический диаметр трубы, [м].

Если число Рейнольдса соответствует переходному процессу, то коэффициент сопротивления находится линейной интерполяцией между пограничными точками турбулентного и ламинарного режима течения.

Закон сохранения массы:

Если жидкость несжимаемая, то расход на входе и выходе трубопровода одинаковый;
Если выбран режим сжимаемости, то участок трубопровода разбивается на три части - две трубы, соединённые ёмкостным узлом. Закон сохранения массы в ёмкостном узле определяется соотношением (3):

(3)#\[ \dot{m_A} + \dot{m_B} = (\frac{1}{\beta_{n}}\frac{dp_{n}}{dt} -\alpha_{n}\frac{dT_{n}}{dt})\rho_{n} V \]

где:

\(\dot{m_A}\) – массовый расход жидкости в «левой» трубе, [кг/с];

\(\dot{m_B}\) – массовый расход жидкости в «правой» трубе, [кг/с];

\(α_n\) - коэффициент изобарного теплового расширения жидкости в ёмкостном узле, [1/К];

\(β_n\) - объёмный модуль упругости жидкости в ёмкостном узле, [Па];

\(p_n\) – давление в ёмкостном узле, [Па];

\(\rho_n\) – плотность жидкости в ёмкостном узле, [кг/м\(^3\)];

\(V\) – объём сегмента трубы, [м\(^3\)].

Закон сохранения энергии (4)

(4)#\[ Ф_{A} + Ф_{B} + Q\:=\: \left[(\frac{h_{n}}{\beta_{n}}-\frac{T\alpha_{n}}{\rho_{n}})\frac{dp_{n}}{dt} + (c_{p}-h_{n} \alpha_{n})\frac{dT_{n}}{dt}\right]\rho_{n} V + \dot{m_{ср}} \Delta z g \]

где:

\(Q\) - тепловой поток через тепловой порт, [Вт];

\(h_n\) - энтальпия среды в ёмкостном узле, [Дж];

\(c_{pn}\) - удельная изобарная теплоемкость жидкости в ёмкостном узле, [Дж/(кг\(\cdot\)К)];

\(\phi_A\) - поток энергии в «левой» трубе, [Вт];

\(\phi_B\) - потоки энергии в «правой» трубе, [Вт].

Закон сохранения импульса:

Суммарный перепад давления между концами трубы определяется потерями на трение и разницей высотных отметок (5):

(5)#\[ \Delta P = \Delta P_{fric} + \rho \Delta z g \]

где:

\(P_{fric}\) – потери давления на трение, [Па];

\(\rho\) – плотность жидкости, [кг/м\(^3\)];

\(\Delta z\) – разница высотных отметок, [м];

\(g\) – ускорение свободного падения, [м/с\(^2\)];

Если учитывается инерция жидкости, то полный перепад давления определяется формулой (6):

(6)#\[ \Delta P = \Delta P_{fric} + \rho \Delta z g + \ddot{m} \frac{L}{2S} \]

где:

\(L\) – длина трубы, [м];

\(S\) – площадь сечения трубы, [м\(^2\)].

Наклонный трубопровод:

Для моделирования наклонного трубопровода используйте свойство Перепад высоты между двумя точками. Перепад отражает разницу геометрических напоров в начальной и конечной точке трубопровода, таким образом его положительное значение показывает, что конечная точка трубопровода находится ниже начальной, отрицательное - наоборот.

В таблице ниже приведены различные положения трубопровода в пространстве:

№	Положение трубы	Величина перепада
1	Горизонтальный трубопровод	Перепад высоты задаётся нулевым
2	Вертикальный трубопровод с падающим потоком (по ходу движения жидкости	Перепад высоты задаётся положительным и по модулю равным длине трубопровода
3	Вертикальный трубопровод с восходящим потоком	Перепад высоты задаётся отрицательным и по модулю равным длине трубопровода
4	Наклонный трубопровод с падающим потоком	Перепад высоты задаётся положительным и по модулю меньшим длины трубопровода
5	Наклонный трубопровод с восходящим потоком	Перепад высоты задаётся отрицательным и по модулю меньшим длины трубопровода

1. Свойства#

Свойство	Значение по умолчанию	Описание	Единицы измерения
Гидродинамическая сжимаемость	выкл	-	-
Инерция жидкости, доступно при выборе `Гидродинамическая сжимаемость` - `вкл`	выкл	-	-
Длина трубы	5	-	м
Диаметр трубы	0.1	-	м
Перепад высоты между двумя точками	0	-	м
Ускорение свободного падения	9.81	-	м/с\(^2\)
Абсолютная шероховатость внутренней поверхности	15e-6	-	м
Верхний предел числа Рейнольдса для ламинарного потока	2000	-	-
Нижний предел числа Рейнольдса для турбулентного потока	4000	-	-
Начальная температура жидкости в трубе	20	-	°С
Начальное избыточное давление жидкости	0	-	Па
Начальный массовый расход, доступно при выборе `Инерция жидкости` - `вкл`	0	-	кг/с

2. Входы и выходы#

Параметры	Вход/Выход	Описание	Единицы измерения	Тип порта
Вход	Вход	-	-	Теплогидравлика
Тепловой порт	Выход	-	-	Теплопередача
Выход	Выход	-	-	Теплогидравлика

Для того, чтобы посмотреть возможности подключения блока необходимо перейти на страницу Описание портов блоков

См. также

С примерами использования данного блока можно ознакомиться в уроках библиотеки Теплогидравлика: