Объект: HT001P

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT001P

Аннотация: Прямой участок трубы с задаваемым количеством разбиений

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	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, К	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 (HT001P)

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 150 Па, обеспечивающем ламинарное течение (Re ≈ 800) и перепаде 45000 Па, обеспечивающем турбулентное течение (Re ≈ 25000).

Начальные данные:

Параметры модели (HT001P1) (верхняя ветка)

D = 0.05 - Гидравлический диаметр, м

L = 0.2 - 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 = oil - Имя объекта свойств среды (масло)

Параметры модели (HT001P2) (нижняя ветка)

Идентичны HT001P1

Параметры источников давления (HT25PT1, HT25PT2)

HT25PT1: VL = 101300 Па, VH = 101450 Па, D = 0.1, FT = 0.5, HT = 100, BT = 3.0, CT = 0.0

HT25PT2: VL = 101300 Па, VH = 146300 Па, D = 0.1, FT = 0.5, HT = 100, BT = 3.0, CT = 0.0

Датчики плотности

HT01DS1, HT01DS2: k = 1, Fluid = oil

Датчики массового расхода

HT01MF1, HT01MF2: D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P₀ = 101300, T₀ = 293.15, Fluid = oil

Трубки

HT1STK1, HT1STK2: P = 101300, T = 293.15

Параметры интегрирования

end = 10 с - Время интегрирования

control = 1e-3 - Точность контроля

Схема тестирования:

Схема содержит две параллельные ветки. В каждой ветке установлен прямой участок трубы (HT001P1 и HT001P2) с одинаковыми геометрическими параметрами. На входе каждой ветки задаётся перепад давления с помощью трапециевидного источника (HT25PT1 и HT25PT2). Верхняя ветка: перепад давления 150 Па (VH = 101450 Па, VL = 101300 Па), что обеспечивает ламинарное течение (Re ≈ 800). Нижняя ветка: перепад давления 45000 Па (VH = 146300 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 * ΔP / (L * ρ * ff)), где ff — коэффициент трения. Значение ff ≈ 0.08 при нулевой шероховатости и числе Рейнольдса ≈ 800 (ff ≈ 64/Re). Табличная кинематическая вязкость масла ≈ 0.00006128 м²/с. При D = 0.05 м, L = 0.2 м, ΔP = 150 Па: V ≈ 0.948 м/с, Re ≈ 800, Qm = ρ * V * π * D² / 4 ≈ 989 * 0.948 * 3.14 * 0.0025 / 4 ≈ 1.84 кг/с.

Турбулентное течение (нижняя ветка): Значение ff ≈ 0.0243 при нулевой шероховатости и числе Рейнольдса ≈ 25000. При D = 0.05 м, L = 0.2 м, ΔP = 45000 Па: V ≈ 30.6 м/с, Re ≈ 25000, Qm = ρ * V * π * D² / 4 ≈ 989 * 30.6 * 3.14 * 0.0025 / 4 ≈ 59.4 кг/с.

На графике RUN видно, что число Рейнольдса для нижней ветки (HT001P.HT001P1.Re) достигает 25000 (синяя пунктирная линия). Массовый расход Qm (зелёная линия) устанавливается на значении ≈ 1.84 кг/с, а Qm1 (розовая линия) — на значении ≈ 59.4 кг/с. Плотности Rro и Rro1 постоянны и равны ≈ 989 кг/м³. Это подтверждает корректность работы модели прямого участка трубы в ламинарном и турбулентном режимах.

Формулы для расчёта:

\[\begin{split}\begin{aligned} \mathrm{Re} &= \frac{V \cdot D}{\nu} \\ f_f &= f(\mathrm{Re},\; \varepsilon) \\ V &= \sqrt{\frac{2 \cdot D \cdot \Delta P}{L \cdot \rho \cdot f_f}} \\ Q_m &= \rho \cdot V \cdot \frac{\pi \cdot D^2}{4} \end{aligned}\end{split}\]

где: \(\mathrm{Re}\) — число Рейнольдса, \(\nu\) — кинематическая вязкость, \(f_f\) — коэффициент трения, \(\varepsilon\) — относительная шероховатость, \(L\) — длина участка трубы, \(\Delta P\) — перепад давления, \(\rho\) — плотность, \(V\) — скорость потока, \(Q_m\) — массовый расход.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Плотности Rro и Rro1

Рисунок 3 - Массовые расходы Qm и Qm1

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (число Рейнольдса, расходы, плотности)