Объект: HT1TEO

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

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT1TEO

Аннотация: Диафрагма

Обозначение: Диафрагма

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

A_lam

real

Коэффициент гиперболы (A_lam / Re). Zeta в области ламинарного течения в узком сечении мембраны, -

100

2

Dm

real

Гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, м

m

0.01

3

Dp

real

Гидравлический диаметр трубопровода, м

m

0.02

4

Fluid

Имя объекта свойств среды, -

5

Lm

real

Ширина узкого сечения мембраны, м

m

0.01

6

Lp

real

Длина трубопровода с учетом ширины мембраны, м

m

0.2

7

P0

real

Начальное давление, Па

Pa

101325

8

T0

real

Начальная температура, K

K

293.15

9

eps_p

real

Абсолютная шероховатость трубопровода, 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 диафрагмы (HT1TEO)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде диафрагмы (шайбы) с узким сечением. Учитывает гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, диаметр трубопровода, ширину мембраны, длину трубопровода с учётом ширины мембраны, шероховатость и режим течения. Вклад сопротивления учитывается по длине трубопровода, исключая длину узкой части. Коэффициент сопротивления ζ определяется по справочнику Идельчика. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с диафрагмами.

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

Начальные данные:

Параметры модели (HT1TEO1)
Dm = 0.01 - Гидравлический диаметр узкого сечения мембраны, м
Dp = 0.02 - Гидравлический диаметр трубопровода, м
Lm = 0.01 - Ширина узкого сечения мембраны, м
Lp = 0.02 - Длина трубопровода с учётом ширины мембраны, м
eps_p = 0 - Абсолютная шероховатость трубопровода, м
A_lam = 0 - Коэффициент гиперболы (A_lam / Re)
P0 = 101300 - Начальное давление, Па
T0 = 293.15 - Начальная температура, К
Fluid = oil - Имя объекта свойств среды (масло)

Параметры источника давления (HT2SPT1)
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 HT2SPT1, который создаёт перепад давления от 0 до 2000 Па (VL = 101300 Па, VH = 103300 Па) по трапециевидному закону. Диафрагма HT1TEO1 с параметрами Dm = 0.01 м, Dp = 0.02 м, Lm = 0.01 м, Lp = 0.02 м установлена в трубопроводе. После элемента установлены датчик плотности HT01DS1, датчик массового расхода HT01MF1 и трубка HT1STK1. Измеряются массовый расход Qm и плотность Rro. В модели используется коэффициент сопротивления ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 167). Коэффициент A_lam = 0, поэтому вклад в ζ от A_lam/Re отсутствует.

Результат:

В модели HT1TEO вклад сопротивления учитывается по длине трубопровода, исключая длину узкой части. Шероховатость = 0.0, вклад сопротивления по длине трубы мал, и расчёт можно произвести с достаточной точностью по формуле Бернулли, используя коэффициент ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 167):

\[\begin{split}\begin{aligned} \zeta &= 0.5 \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_1}\right)^{0.75} + \left(1 - \frac{F_0}{F_2}\right)^2 \\ &\quad + \tau \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_1}\right)^{0.375} \cdot \left(1 - \frac{F_0}{F_2}\right) \\ F_1 &= F_2 = \frac{\pi \cdot 0.02^2}{4} \\ L &= D_{\text{г}}, \text{ значит, } \tau = 0.24 \\ \zeta &= 1.127055956 \end{aligned}\end{split}\]

Расчёт по формуле:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q_m &= Q_v \cdot \rho = \frac{1}{\sqrt{\zeta}} \cdot \frac{\pi \cdot D_m^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta P}{\rho}} \cdot \rho \\ &= \frac{1}{\sqrt{1.127}} \cdot \frac{3.14 \cdot 0.01^2}{4} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 2000}{989.9}} \cdot 989.9 = 0.1475324428\ \text{кг/с} \end{aligned}\end{split}\]

Коэффициент \(A_\text{lam} = 0\). Вклад в \(\zeta\) коэффициента \(A_\text{lam}\) — слагаемое \(A_\text{lam} / \mathrm{Re}\) — отсутствует.

На графике Qm показано изменение массового расхода во времени: после переходного процесса расход устанавливается на значении 0.1475 кг/с. На графике Rro показано изменение плотности: плотность устанавливается на значении примерно 989.9 кг/м³. На графике RUN совместно показаны расход и плотность. Это подтверждает корректность работы модели диафрагмы.

Схема теста
../../../../_images/HT1TEO.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста
../../../../_images/HT1TEO.Qqm.png

Рисунок 2 - Массовый расход Qm

../../../../_images/HT1TEO.Rro.png

Рисунок 3 - Плотность Rro

../../../../_images/HT1TEO.RUN.png

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT1TEO.Qm и HT1TEO.Ro)