管道 (IL)
用于等温流体系统中流体流动的刚性管道。
类型: AcausalFoundation.IsothermalLiquid.Elements.Pipe
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图书馆中的路径: |
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说明
程序块 管道 (IL) 模拟管道中等温流体的动态流动。该程序块考虑了粘性摩擦损失，还可以考虑流体的动态可压缩性和惯性。
管道中包含恒定体积的流体。压力损失由粘性摩擦引起，并由达西-韦斯巴赫方程描述。
根据*流体动态可压缩性*和*流体惯性*参数的不同，组块参数集也有所不同。
管道效应
通过该模块可以加入动态可压缩性和流体惯性的影响。包含这些效应可以提高模型的准确性，但代价是需要更复杂的方程，并可能增加建模时间：
-
当关闭考虑流体动态可压缩性的选项时，假定流体在短时间内通过管道，因此管道内没有质量积 聚，质量流入量等于质量流出量。这是最简单的方案。当管道中的液体质量只占系统中液体总质量的很小一部分时，就可以采用这种方法。
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当启用考虑液体动态可压缩性的选项时，质量流入和流出的不平衡会导致管道中液体量的增减。因此，管道中的压力会上升或下降，这将为系统提供一定的柔性，并导致压力快速变化。该选项默认为启用。
-
如果启用了计算流体动态可压缩性的选项，还可以启用计算流体惯性的选项。这种效应会在摩擦阻力之外产生额外的液压阻力。这种额外阻力与质量流量的变化率成正比。考虑流体惯性会减缓流速的快速变化，但也会导致流速激增和波动。该选项适用于很长的管道。启用流体惯性选项并串联多个管段，以模拟压力波沿管道传播，如水锤现象。
质量守恒
管道的质量守恒方程为
,
其中
-
- 通过端口 A 和 B 的质量流量。
-
- 管道中液体的体积。
-
- 管道内的压力。
-
- 管道内液体的密度。
-
- 管道内液体的体积弹性模量。
液体可以是纯液体和少量空气的混合物，由连接电路的*液体特性（IL）*块指定。在达西-韦斯巴赫方程中，用于计算 和 以及管道两端密度的方程 和 取决于所选的等温流体模型。
脉冲平衡
每一半管道的动量守恒方程：
-
对于与端口*A*相邻的一半管道
-
与接口*B*相邻的一半管道
其中
-
和 分别为管道 A 和 B 两端的流体压力。
-
和 - 管道中心与端口 A 和 B 之间的粘性摩擦压力损失。
-
- 管道长度。
-
- 是管道的横截面积。
粘性摩擦造成的压力损失
每一半管道的粘性摩擦压力损失方程：
-
对于邻近端口的一半管道 A
-
与接口*B*相邻的一半管道
其中
-
- 是管道形状系数，用于计算层流状态下的达西摩擦系数。
-
- 管道中液体的动态粘度。
-
- 管道中局部阻力的总等效长度。
-
- 管道的水力直径。
-
和 - 接口 A 和 B 相邻两半管道的达西摩擦系数。
-
和 - 端口 A 和 B 的雷诺数。
-
- 雷诺数，当雷诺数超过时，水流将进入紊流状态。
-
- 雷诺数，低于该值时，气流转入层流状态。
当雷诺数介于 和 之间时，流动处于层流和湍流状态之间的过渡状态。在过渡区域，粘性摩擦造成的压力损失介于层流状态和湍流状态之间。
程序块根据通过相应端口的质量流量计算端口 A 和 B 的雷诺数：
.
达西摩擦系数遵循湍流状态下的哈兰德近似值：
,
其中
-
- 达西摩擦系数。
-
- 管道表面的粗糙度。
参数
管道长度 - 管道长度
5.0米（默认值）` - 管道长度
管道沿水流方向的长度。
横截面积 - 管道的横截面积
`0.01 m²（默认值） `
垂直于水流方向的管道横截面积。
水力直径 - 截面积相同的等效圆柱形管道的直径
0.1128米（默认值）。
横截面积相同的等效圆柱形管道的直径。
摩擦系数
局部阻力的总等效长度 - 管道中存在的所有局部阻力的总长度
1.0 米（默认值）
管道中存在的所有局部电阻的总长度。局部阻力包括管道的弯管、管件、接头、入口和出口。局部阻力的作用是增加管段的有效长度。只有在计算摩擦力时，才会将该长度加到管道的几何长度上。管道内的流体体积只取决于管道的几何长度，由参数 * 管道长度 * 定义。
内表面绝对粗糙度 - 管道内表面所有缺陷的平均深度
15e-6 m（默认值）。
管道内表面所有表面缺陷的平均深度，会影响紊流状态下的压力损失。
层流雷诺数上限 - 雷诺数超过时，流动开始从层流状态转变为紊流状态
2000（默认值）
流体从层流状态开始变为湍流状态的雷诺数。该数值等于静止层流对应的最大雷诺数。
紊流雷诺数下限 - 雷诺数低于此值时，流动开始从紊流状态转变为层流状态
4000（默认值）
雷诺数，低于此值，流动开始从紊流状态变为层流状态。该数值等于静止湍流对应的最小雷诺数。
达西摩擦因数的层流摩擦常数 - 达西摩擦因数的层流水力摩擦系数
64.0（默认值）
确定管道横截面几何形状对层流条件下粘性摩擦损失影响的无量纲系数。典型值：64.0 "用于圆形截面，"57.0 "用于方形截面，"62.0 "用于长宽比为 "2 "的矩形截面，"96.0 "用于薄环形截面。
影响和初始条件
流体动态可压缩性 - 考虑流体动态可压缩性
开（默认）"｜"关
决定是否考虑流体的动态可压缩性。动态可压缩性使流体密度与压力相关，从而影响系统在小时间间隔内的瞬态响应。
流体惯性 - 考虑流体惯性
关闭（默认） | 开启
决定是否考虑流体惯性。流体惯性会抵消质量流量的变化。
依赖关系
要使用该参数，请选择*流体动态可压缩性*复选框。
*初始液体压力*为零点时的液体压力
0.101325兆帕（默认值）。
初始时刻管道内的液体压力。
依赖关系
要使用该参数，请选择*流体动态可压缩性*复选框。
从端口 A 到端口 B 的初始质量流量 - 零时的质量流量
0.0（默认值）
初始时刻从端口 A 到端口 B 的质量流量。
依赖关系
要使用该参数，请选中*流体惯性*复选框。