/Physical Modeling/Fluids/Gas/Pipes & Fittings/Pipe Bend (G)
Описание
В блоке Pipe Bend (G) моделируется газодинамика изогнутой трубы в газовой сети. Характеристики трубы могут быть определены так, чтобы выполнить расчеты потерь из-за трения и кривизны трубы.
Коэффициент потерь на кривизну трубы
Коэффициент местного сопротивления (потерь давления) изогнутого участка канала включает поправочный коэффициент угла поворота канала и коэффициента изгиба канала :
В блоке коэффициент вычисляется следующим образом:
где — угол поворота канала в градусах, значение параметра Bend angle.
Коэффициент вычисляется на основе опытных данных — таблицы зависимости искомого коэффициента от отношения радиуса изгиба к диаметру трубы для углов поворота канала 90° по данным [1]:
1
1.5
2
3
4
6
8
10
12
14
16
20
24
20
14
12
12
14
17
24
30
34
38
42
50
58
Коэффициент трения интерполируется на основе табличных данных, взятых для технических сталей, в зависимости от диаметра трубы [1]. В таблице ниже приведены данные для коэффициента трения потока газа с развитой турбулентностью в трубах из технических сталей.
Номинальный размер, мм
5
10
15
20
25
32
40
50
72.5
100
125
150
225
350
609.5
Коэффициент трения
0.035
0.029
0.027
0.025
0.023
0.022
0.021
0.019
0.018
0.017
0.016
0.015
0.014
0.013
0.012
Поправочный коэффициент угла поворота канала действителен для изогнутых труб (каналов), в которых отношение радиуса изгиба к диаметру трубы находится в диапазоне от 1 до 24. За пределами этого диапазона используется экстраполяция методом ближайшего соседа.
Потери на трение в ламинарном режиме течения
Выражения потерь давления одинаковы для потоков в портах A и B.
В случае ламинарного режима течения в изгибе трубы, или когда число Рейнольдса ниже критического , потери давления на изгибе трубы определяются следующим образом:
где
— динамическая вязкость жидкости;
— постоянная коэффициента трения (коэффициент Дарси), которая равна 64 для ламинарного режима течения;
— плотность жидкости внутри трубы;
— диаметр трубы;
— длина изогнутого участка трубы (изгиба трубы), определяемая как произведение параметров Bend radius и Bend angle: ;
— площадь поперечного сечения трубы, ;
— массовый расход в соответствующем порту.
Потери на трение в турбулентном режиме течения
Для течения с развитой турбулентностью, или если число Рейнольдса превышает критическое , потери давления в изгибе трубы определяются следующим образом:
где — коэффициент трения Дарси. Он аппроксимируется эмпирическим уравнением Хааланда и определяется по абсолютной шероховатости внутренней поверхности (значение параметра Internal surface absolute roughness). Перепад давления берется на половине участка трубы, между портом A и внутренним узлом, а также между внутренним узлом и портом B.
Перепад давления
При расчете потерь давления на изгибе трубы учитывается также и давление внутри изогнутой трубы :
Сохранение массы
Закон сохранения массы связывает массовый расход с динамикой давления и температуры внутреннего узла, представляющего объем газа:
где:
— частная производная массы объема газа по давлению при постоянной температуре и объеме;
— частная производная массы объема газа по температуре при постоянном давлении и объеме;
— давление объема газа;
— температура объема газа;
— время;
и — массовые расходы на портах A и B соответственно. Расход в порту положителен, если газ поступает в блок через этот порт.
Сохранение энергии
Закон сохранения энергии связывает поток энергии и расход тепла с динамикой давления и температуры внутреннего узла, представляющего объем газа:
где
— частная производная внутренней энергии объема газа по давлению при постоянной температуре и объеме;
— частная производная внутренней энергии объема газа по температуре при постоянном давлении и объеме;
и — потоки энергии на портах A и B соответственно.
Переменные
Используйте группу параметров Initial targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.