Объект: PT1SCO

Библиотека: PneumaticsThermo

Имя на уровне решателя: PT1SCO

Аннотация: Цилиндрической кран

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	PNEUMATIC	Термопневматический порт, вход в элемент
2	Port2	PNEUMATIC	Термопневматический порт, выход из элемента
3	Port3	ISIGNAL	1D управляющий порт, угол поворота затвора град

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	D_or_ab	list	Гидравлический диаметр (D) или ширина и высота сечения (b, a), м		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	Section_shape	string	Форма сечения: круглое сечение; прямоугольное сечение [Round,Rectangular], -		Round
6	T0	real	Начальная температура, K	K	293.15

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
13	V_port3	Значение сигнала на порте (V)
14	X_port3	Значение интегральной функции от сигнала на порте (X)
15	A_port3	Значение производной функции от сигнала на порте (A)

Пример использования компонента

Модель цилиндрического крана (PT1SCO)

Элемент моделирует местное гидравлическое сопротивление в виде поворотного цилиндрического крана (пробкового крана). Учитывает форму и размеры сечения, длину элемента, угол поворота крана и режим течения. Сопротивление по длине не учитывается (длина используется для определения объёмов на портах). Коэффициент сопротивления ζ зависит только от площади на входе и угла поворота и определяется по справочнику Идельчика. Используется для расчёта гидравлических потерь и массового расхода в трубопроводных системах с запорно-регулирующей арматурой.

Проверка значения массового расхода при перепаде давления от 0 до 20000 Па.

Начальные данные:

Параметры модели (PT1SCO1)

Section_shape = Round - Форма сечения: круглое

D_or_ab = 0.01 - Гидравлический диаметр, м

L = 0.01 - Длина элемента, м

P0 = 101300 - Начальное давление, Па

T0 = 293.15 - Начальная температура, К

Fluid = DryAir - Имя объекта свойств среды (чистый воздух)

Управляющий сигнал (угол поворота): C = 30

Параметры источника давления (PT2SPT1)

VL = 101300 Па - Нижний уровень давления

VH = 121300 Па - Верхний уровень давления (перепад до 20000 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 (PT1STK1)

P = 101300 Па

T = 293.15 К

Датчики

PT01DS1: датчик плотности, k = 1, Fluid = DryAir

PT01MF1: датчик массового расхода, D = 0.01, L = 0.1, k = 1, R = 1e-9, P0 = 101300, T0 = 293.15, Fluid = DryAir

Параметры интегрирования

end = 3.0 с, control = 1e-9

Схема тестирования:

Схема содержит источник давления PT2SPT1, который создаёт перепад давления от 0 до 20000 Па (VL = 101300 Па, VH = 121300 Па) по трапециевидному закону. Цилиндрический кран PT1SCO1 установлен в трубопроводе. На управляющий порт крана подаётся постоянный сигнал C = 30 (угол поворота). После крана установлены датчик плотности PT01DS1, датчик массового расхода PT01MF1 и трубка PT1STK1. Измеряются массовый расход Qm и плотность Rro. Сопротивление по длине не учитывается; модель ζ зависит только от площади на входе и угла поворота, используется коэффициент ζ из справочника по гидравлическим сопротивлениям Идельчика (3-е издание, страница 452).

Результат:

При перепаде давления до 20000 Па и угле поворота крана 30 градусов массовый расход Qm составляет 0.0069 кг/с. На графике Qm показано изменение массового расхода во времени: после переходного процесса расход устанавливается на значении 0.0069 кг/с. На графике Rro показано изменение плотности: плотность колеблется вблизи значения 1.203896 кг/м³ с заметными пульсациями, связанными с переходными процессами. Оба процесса выходят на установившийся режим после завершения переходного процесса.

Формула для коэффициента гидравлического сопротивления:

\[\begin{split}\begin{aligned} \zeta &= f(\alpha,\; S_{\text{вх}}) \\ \Delta P &= \zeta \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} \\ Q_m &= \rho \cdot v \cdot S \end{aligned}\end{split}\]

где: \(\zeta\) — коэффициент местного сопротивления (по Идельчику), \(\alpha\) — угол поворота крана, \(S_{\text{вх}}\) — площадь входного сечения, \(\Delta P\) — перепад давления, \(\rho\) — плотность, \(v\) — скорость потока, \(S\) — площадь сечения.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Массовый расход Qm

Рисунок 3 - Плотность Rro