 |
 |
|
| в палитре | на схеме |
Блок реализует автоматизированное вычисление местного гидравлического сопротивления в зависимости от заданной геометрии участка (элемента) канала.
- Внезапное увеличение проходного сечения канала, в зависимости от отношения сечений и закона распределения скорости потока по сечению.
- Внезапное уменьшение проходного сечения канала, в зависимости от отношения сечений, типа и параметров входной кромки.
- Отвод (колено), в зависимости от угла поворота, относительного радиуса закругления и коэффициента относительной шероховатости стенки.
Если моделируемый трубопровод имеет какие-либо из описанных изменений геометрии, то использование данного блока позволит повысить точность задания общего гидравлического сопротивления канала.
Рекомендации по использованию 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 соответствии со значениями соответствующих свойств, и подставляются в свойства «Прямое сопротивление» и «Обратное сопротивление». Рекомендуется каждый раз после изменения какого-либо свойства, сохранять его, нажатием на кнопку «Применить» либо «Ок». В случае переключения задания сопротивления из автоматического в ручной режим, в качестве значений останутся последние, рассчитанные автоматически.
Совместимые блоки
Математическая модель
- При внезапном расширении с равномерным распределением скорости по сечению коэффициент
гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения [1]:
где n – отношение большего сечения канала к меньшему.
- При внезапном расширении с распределением скоростей по сечению коэффициент
гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения [2]:
где M - коэффициент количества движения потока (коэффициент Буссинеска) на выходе из узкого канала в широкий, N - коэффициент кинетической энергии потока (коэффициент Кориолиса) в том же сечении, n – отношение большего сечения канала к меньшему,m – показатель степени в полиноме.
Коэффициенты M и N вычисляются с помощью следующих выражений:
Показатель степени в полиноме вычисляется с помощью выражения:
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.
- При внезапном расширении с параболическим профилем распределения скоростей коэффициент
гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения [3]:
где M = 1.33; N = 2; n – отношение большего сечения канала к меньшему.
- При внезапном сужении канала с острой кромкой на входе коэффициент гидравлического
сопротивления рассчитывается с помощью выражения [4]:
- При внезапном сужении канала с закругленной кромкой на входе коэффициент
гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения [4]:
где r/Dg - отношение радиуса скругления кромки к гидравлическому диаметру узкой части.
- При внезапном сужении канала со срезанной под углом кромкой на входе коэффициент
гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения [4]:
Значения для ξ'':
l/Dg α° 0° 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 - В отводе с гладкой стенкой (Δ=0) коэффициент гидравлического сопротивления
рассчитывается с помощью выражения [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.
- В отводе с шероховатой стенкой (Δ>0) коэффициент гидравлического сопротивления
рассчитывается с помощью выражения: ξ =
kΔ·ξм·kRe [5].
Значение kΔ вычисляется по следующему алгоритму:
где ⧊ = Δ/Dg - относительная шероховатость стенок, Δ - эквивалентная равномерно-зернистая шероховатость.
Значение kRe вычисляется по следующим зависимостям:
Также в состав гидравлического сопротивления отвода входит компонент kRe = f(Re), величина которого считается в теплогидравлическом коде.
- Отводы сопряженные при различных углах δ. l0/Dg ≥ 1.0;
Re>2·104 [6].
При R0/D0 ≥ 1 коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри пункт 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 Прим.: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента. - Отводы сопряженные S-образной формы, пространственные (поток в двух взаимно
перпендикулярных плоскостях) [7].
При R0/D0 ≥ 1 коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри пункт 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 Прим.: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента. - Отводы сопряженные U-образной формы в одной плоскости (l0/Dg ≥ 10)
[8]:
При R0/D0 ≥ 1 коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения: ξ = A·ξм, где ξм = ξ единичного отвода - смотри пункт 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 Прим.: при значениях аргументов таблицы, выходящих за область определения, используется значение А, соответствующее крайнему значению соответствующего аргумента. - Отводы сопряженные воротообразные, обводы (l0/Dg ≥ 10) [9].
При 0 < δ < 180°, R0/D0 ≥ 1 коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается с помощью выражения: ξ = 2·ξ1, где ξ1 - сопротивление из пункта 9.
Входные порты
Блок не имеет входных портов.
Выходные порты
Блок не имеет выходных портов.
Свойства
| Название | Имя | Описание | По умолчанию | Тип данных |
|---|---|---|---|---|
| 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 значение Element = «1», то сопротивление будет добавлено к гидравлической связи между первым и вторым элементами канала (нумерация элементов в канале начинается с единицы) | 1 | Целое |
| 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 | 0.001 | Вещественное |
| Поворот подписи | rotate_flag | Задание угла поворота подписи блока (на расчетной схеме) | 0 | Перечисление |
| Показывать рассчитанные сопротивления | show_flag | Включение и выключение подписи блока (на расчетной схеме) со значениями вычисленных местных сопротивлений | Да | Двоичное |
| Тип задания прямого сопротивления | type_dir | Выбор способа, которым задается прямое
гидравлическое сопротивление. Фактически опция устанавливает также способ задания и
обратного сопротивления.
|
1 - Ручной | Перечисление |
| Прямое сопротивление | KsiDir | Величина заданного (для ручного способа задания сопротивления), либо автоматически рассчитанного значения гидравлического сопротивления для прямого направления течения теплоносителя | 1 | Вещественное |
| Обратное сопротивление | KsiInv | Величина заданного (для ручного способа задания сопротивления), либо автоматически рассчитанного значения гидравлического сопротивления для обратного направления течения теплоносителя | 1 | Вещественное |
| 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 | Перечисление |
| 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» | 2 | Вещественное |
| Показатель степенного закона | 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» | 2 | Вещественное |
| Тип кромки на входе | edge | Выбор типа входной кромки при внезапном уменьшении
сечения канала.
|
Закругленная | Перечисление |
| 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 | 0.5 | Вещественное |
| 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» | 0.04 | Вещественное |
| 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» | 40 | Вещественное |
| 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» | 0.025 | Вещественное |
| Поворот отвода, (0°-180°) | fi | Угол поворота участка канала, для которого рассчитывается сопротивление. Свойство применимо только для режима задания сопротивления типа «Отвод» | 60 | Вещественное |
| 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» | 2 | Вещественное |
| 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» | 0.00033 | Массив |
| Относительная длина промежуточного участка сопряженного отвода | ld | Используется только для режимов задания сопротивления типа сопряженных отводов (номера 5, 6, 7, 8) | 1 | Вещественное |
Параметры
| Название | Имя | Описание | Тип данных |
|---|---|---|---|
| Коэффициент гидравлического сопротивления | _ksi | Вычисленное (и передаваемое в канал) текущее значение местного гидравлического сопротивления ξ(t) | Вещественное |
| 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) | Вещественное |
Примеры
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.
