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流动阻力 (G)

气体阻力

类型: AcausalFoundation.Gas.Elements.FlowResistance

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fundamental/Gas/Elements/Flow Resistance (G)

说明

流动阻力 (G)* 块模拟气体管路中的总压降。压降与质量流量的平方成正比,与气体密度成反比。比例系数基于模块参数中指定的额定工作条件。

如果只知道压降与质量流量的关系,则可以使用该模块。该程序块可与其他程序块组合使用,以创建更准确地表示真实物体的自定义组件,例如,基于*恒容腔*程序块的热交换器。

质量守恒

假设气阻内的气体体积可忽略不计。通过一个端口的质量流量与通过另一个端口的质量流量完全相等:

其中 分别是通过端口 AB 的质量流量。

能量平衡

能量只能通过气口进出气阻。墙壁与环境之间没有热交换。此外,气体不做任何功。通过一个端口进入的能量流与通过另一个端口离开的能量流完全相等:

其中 分别是通过端口 AB 的能量流。

脉冲平衡

作用在气体上的外力包括入口处的压力和壁上的粘性摩擦力。重力和其他机械力均未考虑在内。用损耗因子 ξ 来表示摩擦力,可以得到一个半经验表达式:

ξ

其中

  • - 是从端口 A 到端口 B 的质量流量;

  • - 是从端口 A 到端口 B 的压降,即

  • ξ - 损耗系数;

  • - 气体密度;

  • - 流动面积。

压降方程有两种修改方式。第一种是考虑到流向改变时的符号变化,然后将方程改写如下:

ξ

其中,只有当质量流量也为正值时,压降才为正值。第二种修改是为了消除因流向变化而产生的奇异现象—​这可能是数值求解器在模拟过程中遇到的问题—​将其线性化为一个小线性方程,流速接近于零:

ξ

其中 是临界质量流量,低于该值,压降将线性化。图中显示了修改后的压降与当地质量流量的关系(曲线 I):

  • 以上,压降接近原始方程(曲线 II)中的值,并随 而变化。这种依赖性近似于在湍流中观察到的依赖性。

  • 低于 时,压降接近于一条直线,其斜率部分取决于 (曲线 III),并随 而变化。这种依赖性近似于层流中观察到的情况。

dp v mdotc

为简化建模,损失因子 ξ 不需要作为模块参数。相反,它会根据模块参数中指定的额定条件自动计算:

ξ

其中星号 ( ) 表示额定运行条件下的值。所有这些计算的基础都是假设临界质量流量 远远低于标称值 。将分量 ξ 代入压降表达式,可得出:

其中 是气体阻力压降与当地质量流量之间的比例系数,其定义为:

如果假定气体密度恒定不变,则其标称值和实际值应始终相等。只要在程序块对话框中将标称值指定为 "0"(一个用于向程序块发出气体密度恒定信号的特殊值),就会出现这种情况。那么这两个值的比值就是 1,分数 就会减小:

端口

A - 输入或输出
气体

气体端口,对应气体电阻的输入或输出。该装置没有内部方向性。

B - 输入或输出
气体

气体端口,对应气体电阻的输入或输出。该装置没有内部方向性。

参数

额定压降,Pa - 在已知工作模式下的压降
1000.0帕(默认值)` - 在已知工作模式下的压降。

已知运行模式下从入口到出口的压降。设备使用额定参数计算压降与质量流量之间的比例系数。

标称质量流量,kg/s - 在已知运行模式下的质量流量
0.1千克/秒(默认值)。

已知运行模式下从入口到出口的质量流量。设备使用标称参数计算压降与质量流量之间的比例系数。

标称密度,kg/m³ - 在已知运行模式下的密度
0.0 kg/m³(默认值)

已知运行模式下气阻内部的质量密度。单位使用标称参数计算压降和质量流量之间的比例系数。将此参数设置为零可忽略压降与气体密度的关系。

A 端口和 B 端口的横截面积,㎡ - 气体阻力端口的流通面积
0.01 m²(默认值)。

气体阻力端口的流通面积。假定端口大小相同。

层流质量流量占标称质量流量的百分比 - 临界流量与标称质量流量之比
`1e-3 (默认值) `

阈值质量流量与标称质量流量之比。设备使用该参数计算阈值质量流量,并最终设置压降的线性化限值。

实例