Объект: HT001R

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT001R

Аннотация: Локальное сопротивление

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	P0	real	Начальное давление, Па	Pa	101325
5	T0	real	Начальная температура, К	K	293.15
6	Zeta	real	Коэффициент гидравлического сопротивления, -		1.93
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 локального сопротивления (HT001R)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление с заданным коэффициентом сопротивления Zeta. Учитывает гидравлический диаметр, длину элемента, шероховатость и режим течения. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с сосредоточенными сопротивлениями (диафрагмы, шайбы, сужения и т.п.).

Проверка значения массового расхода при перепаде давления от 0 до 2000 Па.

Начальные данные:

Параметры модели (HT001R1)

D = 0.01 - Гидравлический диаметр, м

Zeta = 1.93 - Коэффициент гидравлического сопротивления

L = 0.001 - Длина элемента, м

eps = 0.0 - Абсолютная шероховатость, м

P₀ = 101300 - Начальное давление, Па

T₀ = 293.15 - Начальная температура, К

Fluid = oil - Имя объекта свойств среды (масло)

Параметры источника давления (HT25PT1)

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 HT25PT1, который создаёт перепад давления от 0 до 2000 Па (VL = 101300 Па, VH = 103300 Па) по трапециевидному закону. Локальное сопротивление HT001R1 с коэффициентом Zeta = 1.93 установлено в трубопроводе. После элемента установлены датчик плотности HT01DS1, датчик массового расхода HT01MF1 и трубка HT1STK1. Измеряются массовый расход Qm и плотность Rro.

Результат:

Так как трение по длине мало и шероховатость отсутствует, вклад сопротивления по длине трубы мал, и расчёт можно произвести с достаточной точностью по формуле Бернулли:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= Q_v \cdot \rho = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot S \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho}} \cdot \rho \\ &= \frac{1}{\sqrt{1.93}} \cdot 0.00007853981634 \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 2000}{989.9}} \cdot 989.9 = 0.1125247445\ \text{кг/с} \end{aligned}\end{split}\]

На графике Rro показано, что плотность постоянна и равна примерно 989.9 кг/м³. На графике Qqm показано, что массовый расход устанавливается на значении 0.1125 кг/с. На графике RUN совместно показаны расход и плотность. Это подтверждает корректность работы модели локального сопротивления.

Формула для массового расхода через локальное сопротивление:

\[Q_m = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot S \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P}\]

где: \(\zeta\) — коэффициент гидравлического сопротивления (Zeta), \(S\) — площадь проходного сечения, \(\rho\) — плотность, \(\Delta P\) — перепад давления.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Плотность Rro

Рисунок 3 - Массовый расход Qm

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (расход и плотность)