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