HS – Местное сопротивление по Идельчику

палитра схема

Описание

Блок реализует автоматизированное вычисление местного гидравлического сопротивления в зависимости от задаваемой геометрии участка (элемента) канала.

Реализуется автоматический расчет прямого и обратного местного гидравлического сопротивлений для следующих участков:

Если моделируемый трубопровод имеет какие-либо из описанных изменений геометрии, то использование данного блока позволит повысить точность задания общего гидравлического сопротивления канала.

Свойства наверх ↑

Название Имя Описание
Номер элемента (канала, трубы, кольцевого зазора) Element Номер расчетного элемента канала, на гидравлической связи которого (после элемента) расположено местное сопротивление. Сопротивление располагается на гидравлической связи, следующей за указанным элементом. Например, если Element = 1, то сопротивление будет добавлено к гидравлической связи между первым и вторым элементами канала (нумерация элементов в канале начинается с единицы).
Порог расхода, кг/с Gth Порог расхода (малая величина, минимальный расход, в пределах которого блок нечувствителен, или слабо чувствителен к расходу), для которого реализовано "сглаживание" местного сопротивления от KsiDir до KsiInv, проходящее через ноль при нулевом расходе, по формуле: ξ(t) = KsiInv + (KsiDir - KsiInv)·0.5·(tanh(4·G(t)/Gth) + 1). Параметр нужен для "безударной" работы математической модели при изменениях направления расхода. Рекомендуется оставлять заданным по умолчанию, или подобрать под текущие значения расхода данного теплоносителя и расчетной схемы таким образом, чтобы Gth был на 2-3 порядка меньше номинальной величины расхода.
Поворот подписи rotate_flag Задание угла поворота подписи блока (на расчетной схеме).
Показывать рассчитанные сопротивления show_flag Включение и выключение подписи блока (на расчетной схеме) со значениями вычисленных местных сопротивлений.
Тип задания сопротивления (в прямом направлении) type_dir Выбор способа, которым задается прямое гидравлическое сопротивление. Фактически опция устанавливает также способ задания и обратного сопротивления.
  • 1 - Ручной –коэффициент гидравлического сопротивления в прямом и обратном направлении устанавливается вручную.
  • 2 - Внезапное увеличение сечения (n,m) –расчет коэффициентов гидравлического сопротивления происходит автоматически. Причем сопротивление в прямом направлении определяется как сопротивления внезапного расширения, а в обратном – как сопротивление внезапного сужения канала.
  • 3 - Внезапное уменьшение сечения (n2, rdg, alfa, ldg)– автоматический расчет прямого сопротивления - как при сужении канала, а обратного – как при расширении.
  • 4 - Отвод (fi, rd, delta) – автоматический расчет коэффициентов прямого и обратного сопротивления трубного отвода.
  • 5 - Сопр. отводы (R/D>1) (fi, ld, rd)
  • 6 - Сопр. отводы S-обр. простр.(fi,ld,rd)
  • 7 - Сопр. отводы U-обр. плоск.(l0/D0>10) (fi,ld,rd)
  • 8 - Отводы сопр. воротообразные (fi, ld, rd)
Прямое сопротивление KsiDir Величина заданного (для ручного способа задания сопротивления), либо автоматически рассчитанного значения гидравлического сопротивления для прямого направления течения теплоносителя.
Обратное сопротивление KsiInv Величина заданного (для ручного способа задания сопротивления), либо автоматически рассчитанного значения гидравлического сопротивления для обратного направления течения теплоносителя.
Распределение скорости по сечению при внезапном его увеличении vel_distr Выбор закона распределения скоростей по сечению канала, который имеет место в моделируемой системе. Свойство применимо только для режима задания сопротивления «2 - Внезапное увеличение сечения».
  • Равномерное - скорость потока по сечению канала распределена равномерно.
  • По степенному закону – распределение скорости потока по сечению близко к закону степенной функции.
  • Параболическое – распределение скоростей по сечению канала имеет параболическую форму.
Отношение площадей широкого и узкого сечения n Задается число, соответствующее отношению сечений широкой и узкой части, на границе которых считается сопротивление. Свойство применимо только для режима задания сопротивления «2 - Внезапное увеличение сечения».
Показатель степенного закона m m Число m, характеризующее степенной закон распределения скоростей по сечению канала. Свойство применимо только для режима задания сопротивления – «2 - Внезапное увеличение сечения» и распределения скорости «По степенному закону».
Тип кромки на входе edge Выбор типа входной кромки при внезапном уменьшении сечения канала.
  • Острая - острая кромка (под углом 90°).
  • Закругленная – сглаженная кромка, с радиусом закругления r.
  • Срезанная под углом - фаска на кромке срезана под углом alfa.
Свойство применимо только для режима, в котором присутствует сужение одного из каналов.
Отношение площадей узкого и широкого сечения n2 Число, равное отношению площадей поперечного сечения предыдущего участка (широкого) к последующему (узкому). Применимо только для режима, в котором присутствует сужение одного из каналов.
Отношение радиуса закругления кромки к гидр. диаметру rdg Число, равное отношению радиуса скругления кромки перехода от широкого канала к узкому, к гидравлическому диаметру более узкого канала. Применимо только для типа кромки на входе – «Закругленная».
Угол среза кромки (0°..180°) alfa Угол снятия фаски с кромки перехода с большего сечения на меньшее. Может принимать значения от 0° до 180°. Свойство применимо только для типа кромки на входе – «Срезанная под углом».
Отношение толщины срезанной кромки к гидр. диаметру (0.025..0.6) ldg Число, равное отношению толщины срезанной кромки к гидравлическому диаметру более узкого канала. Свойство применимо только для типа кромки на входе – «Срезанная под углом».
Поворот отвода, (0°-180°) fi Угол поворота участка канала, для которого рассчитывается сопротивление. Свойство применимо только для режима задания сопротивления типа «Отвод».
Относительный радиус закругления отвода, (≥0.5) rd Число, равное отношению радиуса закругления осевой линии канала к гидравлическому диаметру канала. Свойство применимо только для режима задания сопротивления типа «Отвод».
Относительная шероховатость стенок delta Число, равное отношению эквивалентной равномерно-зернистой шероховатости стенки к гидравлическому диаметру канала. 0 – означает, что стенка гладкая. Свойство применимо только для режима задания сопротивления типа «Отвод».
Относительная длина промежуточного участка сопряженного отвода ld Используется только для режимов задания сопротивления типа сопряженных отводов (номера 5, 6, 7, 8).

Параметры наверх ↑

Название Имя Описание
Значение местного сопротивления _ksi Вычисленное (и передаваемое в канал) текущее значение местного гидравлического сопротивления ξ(t).
Перепад давления на местном сопротивлении, Па _dp Перепад давления на гидравлической связи, где установлено местное сопротивление, т.е. разница давлений между Element + 1-ым элементом канала и элементом с номером Element (нумерация элементов в канале - начиная с единицы).

Блок выполняет функцию «дочернего» блока и может быть установлен на следующие «родительские» блоки:

Порядок использования блока: ключевое свойство – «Тип задания сопротивления (прямого)». В случае если выбрана опция «Ручное», то сопротивления вводятся вручную, как значения свойств «Прямое сопротивление» и «Обратное сопротивление». В случае выбора другого типа задания сопротивления, его значения рассчитываются автоматически, в соответствие со значениями соответствующих свойств, и подставляются в свойства «Прямое сопротивление» и «Обратное сопротивление». Рекомендуется каждый раз после изменения какого-либо свойства, нажимать кнопку «Применить» либо «Ок». Также нужно иметь в виду, что в случае переключения задания сопротивления из автоматического в ручной режим, в качестве значений останутся последние, рассчитанные автоматически.

Методика автоматического расчета гидравлического сопротивления:

  1. При внезапном расширении с равномерным распределением скорости по сечению [1]:
    ξ = (1-1/n)2, ( 1 )
    где n – отношение большего сечения канала к меньшему.
  2. При внезапном расширении с распределением скоростей по сечению, близком к закону степенной функции w/wmax = (1-y/R0)1/m [2]:
    ( 2 )

    M = ((2m+1)2⋅(m+1))/(4m2⋅(m+2)) - коэффициент количества движения потока (коэффициент Буссинеска) на выходе из узкого канала в широкий;

    N = ((2m+1)3⋅(m+1)3)/(4m4⋅(2m+3)⋅(m+3)) - коэффициент кинетической энергии потока (коэффициент Кориолиса) в том же сечении; n – отношение бОльшего сечения канала к меньшему; m – показатель степени в полиноме вида:

    ( 2+ )

    где w, wmax – соответственно скорость в данной точке и максимальная скорость по сечению, м/с; R0 – радиус сечения, м; y – расстояние от оси трубы до данной точки, м.

  3. При внезапном расширении с параболическим профилем распределения скоростей [3]:
    ( 3 )
    где M = 1.33; N = 2; n – отношение бОльшего сечения канала к меньшему.
  4. При внезапном сужении канала с острой кромкой на входе [4]:
    ( 4 )
  5. При внезапном сужении канала с закругленной кромкой на входе [4]:
    ( 5 )
    где r/Dg - отношение радиуса скругления кромки к гидравлическому диаметру узкой части.
  6. При внезапном сужении канала со срезанной под углом кромкой на входе [4]:
    ( 6 )
    Значения для ξ'':
    l/Dg α°
    10° 20° 30° 40° 60° 100° 140° 180°
    0.025 0.50 0.47 0.45 0.43 0.41 0.40 0.42 0.45 0.50
    0.050 0.50 0.45 0.41 0.36 0.33 0.30 0.35 0.42 0.50
    0.075 0.50 0.42 0.35 0.30 0.26 0.23 0.30 0.40 0.50
    0.10 0.50 0.39 0.32 0.25 0.22 0.18 0.27 0.38 0.50
    0.15 0.50 0.37 0.27 0.20 0.16 0.15 0.25 0.37 0.50
    0.60 0.50 0.27 0.18 0.13 0.11 0.12 0.23 0.36 0.50
  7. В отводе с гладкой стенкой (Δ=0) [5]:

    ξм = A·B, где A = 1.634831·10-7·δ3 - 8.1581126·10-5·δ2 + 1.714184·10-2·δ - коэффициент, учитывающий влияние угла δ изогнутости отвода.

    Если R0/D0 < 1, то

    Если R0/D0 ≥ 1, то

    B – это коэффициент, учитывающий влияние относительного радиуса закругления отвода.

    δ – угол изогнутости отвода (0° < δ < 180°).

    R0/D0 – относительное закругление отвода.

  8. В отводе с шероховатой стенкой (Δ>0) [5]: ξ = kΔ·ξм·kRe. Значение kΔ:

    Если R0/D0 < 0.55, то: {

    Если ⧊ = 0, то kΔ = 1, иначе: {

    Если ⧊ < 0.001, то kΔ = 1 + 0.5·103·⧊, иначе kΔ = 1.5 } }

    Иначе: {

    Если ⧊ = 0, то kΔ = 1, иначе: {

    Если ⧊ < 0.001, то kΔ = 1 + ⧊·103, иначе kΔ = 2 } }

    ⧊ = Δ/Dg - относительная шероховатость стенок, где Δ - эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость.

    Также в состав сопротивления отвода входит компонент kRe = f(Re), величина которого считается в теплогидравлическом коде.
    Значение kRe:

    Если 0.50 ≤ R0/D0 < 0.55, то kRe = 1 + 4400 / Re.

    Если 0.55 ≤ R0/D0 < 0.70, то kRe = 1 + 5.45 / Re0.131.

    Если R0/D0 ≥ 0.70, то kRe = 1.3 - 0.29 · ln ( Re / 105).

  9. Отводы сопряженные при различных углах δ. l0/Dg ≥ 1.0; Re>2·104 [6].

    При R0/D0 ≥ 1: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри 7 и 8, в зависимости от шероховатости стенки.

    Значение А в зависимости от угла δ и относительной длины промежуточного канала:
    δ lk/Dг
    0 1 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 25 40-50
    15° 0.20 0.42 0.60 0.78 0.94 1.16 1.20 1.15 1.08 1.05 1.02 1.0 1.10 1.25 2.0
    30° 0.40 0.65 0.88 1.16 1.20 1.18 1.12 1.06 1.06 1.15 1.28 1.40 1.50 1.70 2.0
    45° 0.60 1.06 1.20 1.23 1.20 1.08 1.03 1.08 1.17 1.30 1.42 1.55 1.65 1.80 2.0
    60° 1.05 1.38 1.37 1.28 1.15 1.06 1.16 1.30 1.42 1.54 1.66 1.76 1.85 1.95 2.0
    75° 1.50 1.58 1.46 1.30 1.27 1.30 1.37 1.47 1.57 1.68 1.75 1.80 1.88 1.97 2.0
    90° 1.70 1.67 1.40 1.37 1.38 1.47 1.55 1.63 1.70 1.76 1.82 1.88 1.92 1.98 2.0
    120° 1.78 1.64 1.48 1.55 1.62 1.70 1.75 1.82 1.88 1.90 1.92 1.95 1.97 1.99 2.0
    Примечание: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента.
  10. Отводы сопряженные S-образной формы, пространственные (поток в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) [7].

    При R0/D0 ≥ 1: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри 7 и 8, в зависимости от шероховатости стенки.

    Значение А в зависимости от угла δ и относительной длины промежуточного канала:
    δ lk/Dг
    0 1 2 3 4 6 8 10 12 14 20 25 40
    60° 2.0 1.90 1.50 1.35 1.30 1.20 1.25 1.50 1.63 1.73 1.85 1.95 2.0
    90° 2.0 1.80 1.60 1.55 1.55 1.65 1.80 1.90 1.93 1.98 2.0 2.0 2.0
    Примечание: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента.
  11. Отводы сопряженные U-образной формы в одной плоскости (l0/Dg ≥ 10) [8]:

    При R0/D0 ≥ 1: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри 7 и 8, в зависимости от шероховатости стенки.

    Значение А в зависимости от угла δ и относительной длины промежуточного канала:
    δ lk/Dг
    0 1 2 3 4 6 8 10 12 14 20 25 40-50
    60° 1.50 1.15 1.05 1.10 1.20 1.30 1.35 1.46 1.57 1.73 1.85 1.95 2.0
    90° 1.37 0.95 1.10 1.25 1.35 1.45 1.45 1.45 1.50 1.60 1.70 1.90 2.0
    Примечание: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента.
  12. Отводы сопряженные воротообразные, обводы (l0/Dg ≥ 10) [9]:

    При 0 < δ < 180°, R0/D0 ≥ 1: ξ = 2·ξ1, где ξ1 - сопротивление из пункта 9.

Использованная литература

И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е издание, переработанное и дополненное. М: Машиностроение, 1992.

[1] – Раздел 4-1 стр. 146.

[2] – Раздел 4-1 стр. 147. Диаграмма 4-2 стр. 159.

[3] - Раздел 4-1 стр. 147. Диаграмма 4-6 стр. 163.

[4] - Диаграма 4-9 стр. 165.

[5] – Раздел 6-1 стр. 260. Диаграмма 6-1 стр. 277.

[6] - Диаграмма 6-18 стр. 303.

[7] - Диаграмма 6-19 стр. 305.

[8] - Диаграмма 6-20 стр. 306.

[9] - Диаграмма 6-21 стр. 307.

Связанные страницы