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Pipe (TL)

用于导热系统液体供应的刚性管道.

blockType: AcausalFoundation.ThermalLiquid.Elements.Pipe

pipe (tl)

图书馆路径:

/Physical Modeling/Fundamental/Thermal Liquid/Elements/Pipe (TL)

资料描述

座 Pipe (TL) 它是具有固定体积液体的管道的一段。 液体由于液体和管壁之间的对流而经历由于粘性摩擦和热交换的压力损失。 粘性摩擦遵循Darcy-Weisbach方程，传热系数遵循Nusselt数的比率。

管道中的水力效应

座 Pipe (TL) 允许您启用流体的动态可压缩性和惯性的影响。 包括这些效应中的每一个可以通过增加方程的复杂性和潜在地增加建模资源的成本来提高模型的精度。:

  • 当动态可压缩性被禁用时，假设液体在管道体积中花费的时间很少。 因此，在管道中没有质量积聚，质量流入等于质量流出。 这是最简单的选择。 当管道中液体的质量是系统中液体总质量的可忽略的分数时是合适的。

  • 在动态可压缩性下，质量流入和质量流出的不平衡可导致管道中流体的积聚或减少。 因此，管道容积中的压力可以动态上升和下降，这确保了系统的一定柔韧性并调节快速的压力变化。 默认情况下使用此选项。

  • 如果启用了动态可压缩性，则还可以启用流体惯性。 这种效应导致对流动的附加阻力，除了由摩擦引起的阻力之外。 这种附加阻力与质量流量的变化率成比例。 考虑流体惯性会减慢快速的流量变化，但也会导致流量的高估和波动。 此选项适用于非常长的管道。 开启液体的惯性，将几个管段串联起来，以模拟压力波沿管道的传播，例如在水锤中。

质量守恒

管道的质量守恒方程如下:

еслидинамическаясжимаемостьжидкостиотключенаеслидинамическаясжимаемостьжидкостивключена

哪里

  • -通过端口*a的质量流量*;

  • -通过端口*B的质量流量*;

  • -管道中的液体体积;

  • -管道中液体的密度，取决于温度;

  • -管道中的体积弹性模量等温;

  • -管道内的等压热膨胀系数;

  • -管道中液体的密度，取决于温度;

  • -管道中冷却液的温度。

动量守恒

该表显示了每个半管的动量守恒方程。

对于靠近端口 A

的管道的一半 еслиинерцияжидкостиотключенаеслиинерцияжидкостивключена

对于与端口 B相邻的半管

еслиинерцияжидкостиотключенаеслиинерцияжидкостивключена

在方程中:

  • -管道的横截面积;

  • -管道内液体的压力;

  • -端口入口处的液体压力*A*;

  • -端口入口处的液体压力*B*;

  • -由于管道体积中心和端口之间的粘性摩擦引起的压力损失*A*;

  • —由于管道体积中心和端口*B*之间的粘性摩擦引起的压力损失。

粘性摩擦引起的压力损失

该表显示了每半管道在粘性摩擦下的压力损失方程。

对于与端口 a相邻的半管

еслиесли

对于与端口 B相邻的半管

еслиесли

在方程中:

  • λ -管形系数;

  • ν -管道内导热液体的运动粘度;

  • -局部管道损耗的总等效长度;

  • -液压管径;

  • -与端口相邻的一半管道中的达西摩擦系数*A*;

  • -与端口相邻的管道的一半的达西摩擦系数*B*;

  • 和 -分别为端口*A*和*B*的雷诺数;

  • -雷诺数，在该雷诺数之上流动变为湍流;

  • -雷诺数，低于雷诺数，流动变为层流。

达西摩擦系数遵循哈兰近似的湍流状态:

哪里

  • -达西摩擦系数;

  • -管道表面的粗糙度。

节约能源

管道的能量守恒方程有以下形式:

ρ

哪里

  • 和 -能量分别通过端口*A*和*B*流入管道;

  • -通过管壁进入管道的热量流动。

穿过墙壁的热流

导热液体与管壁之间的热流为:

哪里

  • -通过管壁的热流;

  • -在非零流量下对流占热流的部分;

  • -管道内导热液体的导热系数;

  • -管壁的表面积，管的周长和长度的乘积;

  • -管壁上的温度。

如果我们假设沿着管道的指数温度分布，那么对流传热将是

哪里

  • -通过端口*A*到端口*B的平均质量流量*;

  • -平均温度下的比热;

  • -入口温度取决于流动方向。

传热系数, ，取决于Nusselt号码:

哪里 -中等温度下的导热系数。

努塞尔特数取决于流量状态。

层流模式下的Nusselt数是恒定的，等于层流传热 *的参数*Nusselt数的值。

湍流状态下的努塞尔特数由Gnelinsky比率计算。:

哪里 -平均雷诺数的达西摩擦系数, ，而 -在平均温度下计算的Prandtl数。

平均雷诺数计算为:

哪里 μ -动态粘度，在平均温度下估计。

当平均雷诺数在 层流上雷诺数极限 和 湍流下雷诺数极限 参数的值之间时，Nusselt数遵循nusselt数的层流和湍流值之间的平滑过渡。

假设和限制

  • 管壁是刚性的。

  • 充分开发的流。

  • 重力的影响可以忽略不计。

港口

非定向

A—管道入口或出口类型：q[<br>] 导热液体

导热液体的端口对应于管道的入口或出口。 这个端口没有自己的方向。

B—管道入口或出口类型：q[<br>] 导热液体

导热液体的端口对应于管道的入口或出口。 这个端口没有自己的方向。

H 为管壁通的温度：q[<br>] 温暖

管壁的温度相关联的端口。 该温度可能与管道内导热液体的温度不同。

参数

几何形状

管道长度-管道长度通行证：q[<br>]5米 （默认情况下）

管沿流动方向的长度。

横截面积—通道的横截面积：q[<br>]0.01m^2（默认）

管道的横截面积与流动方向是正常的。

液压直径—通过的液压直径：q[<br>]0.1128m(默认)

截面积相同的等效圆柱管的直径。

摩擦和传热

局部电阻的总等效长度-通管中存在的所有局部电阻的总长度：q[<br>]1米(默认)

管中存在的所有局部电阻的总长度。

局部阻力包括弯管、管件、管件以及管道出入口。 局部阻力的作用是增加管段的有效长度。 该长度仅为摩擦计算而添加到管道的几何长度。

管道内液体的体积仅取决于管道的几何长度，由 管道长度 参数决定。

内表面绝对粗糙度-管道内表面的绝对粗糙度：q[<br>]15e-6米(默认)

在湍流状态下影响压力损失的管道内表面所有表面缺陷的平均深度。

层流上雷诺数极限-雷诺数，超过时，流动开始从层流过渡到湍流通过：q[<br>]2000（默认）

雷诺数，当超过时，流动开始从层流转变为湍流。

该数等于对应于完全发展的层流的最大雷诺数。

湍流下雷诺数极限-流开始从湍流过渡到层流的雷诺数：q[<br>]4000(默认)

雷诺数，低于雷诺数，流动开始从湍流过渡到层流。

该数等于对应于完全发展的湍流的最小雷诺数。

层流粘性摩擦的形状系数-层流通道中粘性摩擦的形状系数：q[<br>]64(默认)

一个无量纲系数，反映了管道横截面的几何形状对层流状态下粘性摩擦损失的影响。

典型值为圆形截面为64，方形截面为57，长宽比为2的矩形截面为62，薄环形截面为96。

层流换热的Nusselt数-层流通过的Nusselt数：q[<br>]3.66(默认)

层流状态下的对流传热与传导传热之比。 其值取决于管道横截面的几何形状和管壁上的热边界条件，例如恒定温度或恒定热流。

对于壁温恒定的圆形截面，典型值为3.66。

影响和初始条件

流体动力学可压缩性-液体通过的动态可压缩性：q[<br>]启用（默认情况下） | 已关闭

选中此参数的复选框，以考虑模拟中流体的动态可压缩性。

动态可压缩性使得液体的密度依赖于压力和温度，这会影响系统在小时间尺度上的瞬态响应。

流体惯性-流体通过的惯性：q[<br>]禁用（默认情况下） | 已启用

选中此参数的复选框，以考虑仿真中流体流动的惯性。

流动的惯性赋予液体对质量流量变化的阻力。

依赖关系

要启用流体惯性，请选中 流体动力学可压缩性 参数的框。

初始液体压力-零时液体压力：q[<br>]0.101325MPa（默认值）

模拟开始时管道内液体的压力。

依赖关系

要在零时打开液体压力，请选中 流体动力学可压缩性 参数的框。

初始液体温度-液体在时间零点通过时的温度：q[<br>]293.15K(默认)

模拟开始时管道内液体的温度。

从端口A到端口B的初始质量流量-零时间传递时的质量流量：q[<br>]0公斤/秒(默认)

空气在时间零时从端口 A 到端口 B 的质量流量。

依赖关系

要在零时启用质量流量，请选中 流体惯性 参数的框。

实例