Local Restriction (2P)

Локальное сужение потока в сети двухфазной жидкости.

Тип: AcausalFoundation.TwoPhaseFluid.Elements.LocalRestriction

Local Restriction (2P)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Two Phase Fluid/Elements/Local Restriction (2P)

Variable Local Restriction (2P)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Two Phase Fluid/Elements/Variable Local Restriction (2P)

Описание

Блок Local Restriction (2P) моделирует падение давления из-за локального уменьшения проходного сечения, такого как клапан или отверстие, в сети двухфазной жидкости.

Порты A и B представляют вход и выход блока. Входной сигнал на порту AR задает площадь проходного сечения. Кроме того, можно указать фиксированную площадь сужения в качестве параметра блока.

Иконка блока меняется в зависимости от значения параметра Restriction type.

Сужение потока считается адиабатической системой, то есть не обменивается теплом с окружающей средой.

Локальное сужение потока состоит из сужения, за которым следует внезапное расширение проходного сечения.

Схема постоянного дросселя

local restriction 2p 1 ru

Жидкость ускоряется при прохождении сужения, вызывая падение давления. Затем отделяется от стенки во время внезапного расширения, в результате чего давление восстанавливается лишь частично из-за потери импульса. Эта модель потери давления соответствует опции Control volume параметра Pressure loss model. Она обеспечивает более высокую точность, но менее надежна и эффективна, чем параметр по умолчанию Bernoulli, который предполагает равномерную плотность жидкости между входом и выходом локального сужения.

Используйте опцию Bernoulli, если:

Постоянный дроссель работает в режиме полностью переохлажденной жидкости. Жидкость можно считать несжимаемой, и предположение о равномерной плотности является допустимым.
Постоянный дроссель используется в качестве расширительного клапана в холодильном цикле. Жидкость на входе — это переохлажденная жидкость, выходящая из конденсатора, поэтому предположение о равномерной плотности является допустимым.
Постоянный дроссель работает в режиме полностью перегретого пара, но скорость потока низкая дозвуковая, что обычно бывает в системах ВКО. В этом случае плотность также изменяется незначительно, и предположение о равномерной плотности является допустимым.

Для всех остальных ситуаций можно также использовать опцию Bernoulli, в этом случае точность вычислений снизится, но скорость и надежность симуляции возрастет.

Сохранение массы

Уравнение сохранения массы имеет вид:

где и — массовые расходы через порты A и B соответственно.

Сохранение энергии

Уравнение сохранения энергии имеет вид:

где и — поток энергии через порты A и B соответственно.

Переменные постоянного дросселя

local restriction 2p 2 ru

Постоянный дроссель считается адиабатическим, поэтому изменение удельной полной энтальпии равно нулю. В порту A:

а в порту B:

где

, и — удельные внутренние энергии в порту A, в порту B и на диафрагме;
, и — давления в порту A, порту B и на диафрагме;
, и — удельные объемы в порту A, порту B и на диафрагме;
, и — идеальные скорости потока в порту A, порту B и на диафрагме.

Блок вычисляет идеальную скорость потока в порту A как

в порту B как

и на сужении как

где

— теоретический массовый расход через сужение;
— площадь поперечного сечения портов A и B;
— площадь поперечного сечения диафрагмы.

Блок вычисляет теоретический массовый расход через сужение как

где — коэффициент расхода для постоянного дросселя.

Сохранение импульса при использовании уравнения Бернулли

Массовый расход из порта A в порт B составляет:

где

— пороговый перепад давления, при котором поток начинает плавно переходить от ламинарного к турбулентному;
— удельный объем входного отверстия. Какой порт служит входом, а какой — выходом, зависит от перепада давления через сужение. Если давление в порту A больше, чем в порту B, то порт A является входным; если давление больше в порту B, то порт B является входным;
— коэффициент потерь давления.

Коэффициент потерь давления — это отношение разности давлений между входом и выходом к разности давлений между входом и сужением. Эта величина учитывает восстановление давления при расширении потока после сужения:

Сохранение импульса при использовании метода контрольных объемов

Массовый расход из порта A в порт B для турбулентного потока составляет:

где определяется как

где подстрочный индекс обозначает входной порт, а подстрочный индекс — выходной порт. Какой порт служит входом, а какой — выходом, зависит от перепада давления через сужение. Если давление в порту A больше, чем в порту B, то порт A является входным; если давление больше в порту B, то порт B является входным.

Массовый расход от порта A к порту B для ламинарного потока составляет:

где — пороговый перепад давления, при котором поток начинает плавно переходить от ламинарного к турбулентному:

где — значение параметра Laminar flow pressure ratio. Поток является ламинарным, если перепад давления от порта A к порту B меньше порогового значения; в противном случае поток является турбулентным.

Давление в области сужения также зависит от режима потока. Когда поток турбулентный:

Когда поток ламинарный:

Допущения и ограничения

Сужение потока считается адиабатической системой, то есть не обменивается теплом с окружающей средой.
Модель потерь давления Bernoulli предполагает равномерную плотность жидкости между входом и выходом ограничения.

Порты

Ненаправленные

# A — входное или выходное отверстие
двухфазная жидкость

Details

Порт двухфазной жидкости, соответствует входу или выходу локального сужения потока. Этот блок не имеет внутренней направленности.

Имя для программного использования

port_a

# B — входное или выходное отверстие
двухфазная жидкость

Details

Имя для программного использования

port_b

Вход

# AR — сигнал управления площадью проходного сечения, м²
скаляр

Details

Входной порт, управляющий площадью проходного сечения локального сужения потока. Если значение на порту находится за пределами минимального и максимального пределов области локального сужения потока, заданных параметрами Minimum restriction area и Maximum restriction area, то оно приравнивается к этим значениям.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Restriction type значение Variable.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Parameters

# Restriction type — возможность изменения проходного сечения
Fixed | Variable

Details

Выберите, может ли проходное сечение изменяться во время симуляции:

Variable — входной сигнал на порту AR определяет площадь проходного сечения, которая может изменяться в процессе моделирования. Параметры Minimum restriction area и Maximum restriction area задают нижнюю и верхнюю границы площади проходного сечения;
Fixed — площадь проходного сечения, заданная значением параметра Restriction area, остается постоянной во время симуляции. При этом порт AR скрыт.

Значения	`Fixed` \| `Variable`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`type`
Вычисляемый	Нет

# Restriction area — площадь проходного сечения по нормали к пути потока в сужении
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь проходного сечения по нормали к пути потока в сужении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Restriction type значение Fixed.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.001 m^2`
Имя для программного использования	`fixed_restriction_area`
Вычисляемый	Да

# Pressure Loss Model — модель уравнений сохранения импульса
Bernoulli | Control volume

Details

Уравнения сохранения импульса, используемые для расчета:

Bernoulli — в блоке используется уравнение Бернулли, которое предполагает равномерную плотность от входа до выхода. Этот вариант иногда менее точен, чем модель Control volume, но он более надежен и обеспечивает более быстрое моделирование;
Control volume — в блоке используется метод контрольных объемов без предположения о равномерной плотности. Он моделирует поток от входа к сужению как сжатие потока, а поток от сужения к выходу — как расширение потока.

Значения	`Bernoulli` \| `Control volume`
Значение по умолчанию	`Bernoulli`
Имя для программного использования	`pressure_loss_model`
Вычисляемый	Нет

# Cross-sectional area at ports A and B — площадь сечения по нормали к пути потока на портах
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь сечения по нормали к пути потока на портах A и B. Предполагается, что эта площадь одинакова для двух портов.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.01 m^2`
Имя для программного использования	`port_area`
Вычисляемый	Да

# Discharge coefficient — отношение фактического массового расхода к теоретическому массовому расходу через локальное сужение потока

Details

Коэффициент расхода — это эмпирический параметр, обычно используемый для характеристики пропускной способности отверстия. Этот параметр представляет собой отношение фактического массового расхода к теоретическому массовому расходу через локальное сужение.

Значение по умолчанию	`0.64`
Имя для программного использования	`C_d`
Вычисляемый	Да

# Laminar flow pressure ratio — отношение давлений, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами

Details

Отношение давления на выходе к давлению на входе, при котором поток переходит между ламинарным и турбулентным режимами течения. Преобладающий режим течения определяет уравнения, используемые при моделировании. Если поток ламинарный, то перепад давления через сужение является линейным по отношению к массовому расходу. Если поток турбулентный, то перепад давления через ограничение квадратичен по отношению к массовому расходу.

Значение по умолчанию	`0.999`
Имя для программного использования	`B_laminar`
Вычисляемый	Да

# Minimum restriction area — нижняя граница площади проходного сечения локального сужения потока
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Нижняя граница площади проходного сечения локального сужения потока. Этот параметр можно использовать для представления площади утечки. Входной сигнал AR меньше этого значения приравнивается к заданной площади, чтобы предотвратить дальнейшее уменьшение площади проходного сечения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Restriction type значение Variable.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`1.0e-10 m^2`
Имя для программного использования	`min_restriction_area`
Вычисляемый	Да

# Maximum restriction area — верхняя граница площади проходного сечения локального сужения потока
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Верхняя граница площади проходного сечения локального сужения потока. Входной сигнал AR больше этого значения приравнивается к заданной площади, чтобы предотвратить дальнейшее увеличение площади проходного сечения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Restriction type значение Variable.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.005 m^2`
Имя для программного использования	`max_restriction_area`
Вычисляемый	Да