Gradual Area Change (IL)

Сужение или расширение трубопровода в сети изотермической жидкости.

Тип: EngeeFluids.IsothermalLiquid.Fittings.AreaChange

Gradual Area Change (IL)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Pipes & Fittings/Gradual Area Change (IL)

Sudden Area Change (IL)

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Isothermal Liquid/Pipes & Fittings/Sudden Area Change (IL)

Описание

В блоках Gradual Area Change (IL) и Sudden Area Change (IL) моделируется постепенное или внезапное изменение площади поперечного сечения для систем трубопроводов постоянного сечения и переменным направлением потока. В направлении от порта A к порту B канал сужается. Для моделирования расширения канала блок следует установить так, чтобы жидкость двигалась в направлении от порта B к порту A. Площади на входе и выходе могут быть одинаковыми.

Для расчета потерь давления доступны полуэмпирические и табличные методы определения зависимости потерь от характеристик потока.

Полуэмпирический метод

В аналитическом полуэмпирическом методе зависимость потерь давления от скоростей потока определяется коэффициентом гидравлических потерь , который в свою очередь определяется через параметры, задаваемые пользователем, Contraction correction factor и Expansion correction factor , подробнее см. в [1]. Коэффициент гидравлических потерь рассчитывается на основе коэффициентов потерь при расширении и сужении и массовых расходов жидкости через блок.

В случае постепенного сужения с углом конуса в диапазоне от 0° до 45° коэффициент потерь в сужении определяется следующим образом:

где

— коэффициент сужения канала ;
— угол конуса, значение параметра Cone angle.

И в случае постепенного сужения с углом конуса в диапазоне между 45° и 180° коэффициент потерь будет определяться как:

В случае внезапного сужения канала угол конуса равен 180°. Тогда коэффициент потерь рассчитывается как:

В случае постепенного расширения канала с углом конуса в диапазоне от 0° до 45° коэффициент потерь будет определяться следующим образом:

В случае постепенного расширения с углом конуса между 45° и 180°:

На основе полученных данных коэффициент гидравлических потерь для сегмента трубопровода с сужением или расширением канала будет определяться:

где

— массовый расход через порт A. Масса сохраняется в блоке:
— величина массового расхода, при котором возникает отрывная рециркуляционная зона, определяется значением параметра Critical Reynolds number, :

где
- — наименьшая площадь поперечного сечения канала (либо значения параметров Cross-sectional area at port A или Cross-sectional area at port B);
- — кинематическая вязкость жидкости;
- — средняя плотность жидкости;
- — гидравлический диаметр в сечении :

Табличный метод параметризации

Коэффициент гидравлических потерь может быть также определен с помощью предоставленных пользователем интерполированных данных, полученных в минимальном сечении для разных чисел Рейнольдса, т.е. данных, являющихся функцией от критического числа Рейнольдса (значение параметра Critical Reynolds number):

Промежуточные значения между соседними точками определяются линейным интерполированием, а за границами таблицы — используется метод ближайшего соседа.

Перепад давления

Перепад давления в сужении/расширении определяется следующим образом:

где последнее слагаемое — потери давления, определяемые по выражению:

Порты

Ненаправленные

# A — входной порт
изотермическая жидкость

Details

Порт изотермической жидкости соответствует входу жидкости.

Имя для программного использования

port_a

# B — выходной порт
изотермическая жидкость

Details

Порт изотермической жидкости соответствует выходу жидкости.

Имя для программного использования

port_b

Параметры

Parameters

# Local loss parameterization — модель гидравлических потерь
Semi-empirical correlation - sudden area change | Semi-empirical correlation - gradual area change | Tabulated data - loss coefficient vs. Reynolds number

Details

Модель гидравлических потерь для сужения/расширения канала. Вы можете выбрать один из методов определения гидравлических потерь давления: один из двух аналитических полуэмпирических методов (внезапное или коническое сужение/расширение), или подставить свои собственные данные, выбрав Tabulated data - loss coefficient vs. Reynolds number.

Значения	`Semi-empirical correlation - sudden area change` \| `Semi-empirical correlation - gradual area change` \| `Tabulated data - loss coefficient vs. Reynolds number`
Значение по умолчанию	`—`
Имя для программного использования	`loss_type`
Вычисляемый	Нет

# Cone angle — угол конуса, образующего внутренние стенки канала сужения/расширения потока
rad | deg | rev | mrad | arcsec | arcmin | gon

Details

Угол (раствор) конуса, образующего внутренние стенки суживающегося канала и расположенного основанием к порту A.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Local loss parameterization значение Semi-empirical correlation - gradual area change.

Единицы измерения	`rad` \| `deg` \| `rev` \| `mrad` \| `arcsec` \| `arcmin` \| `gon`
Значение по умолчанию	`30.0 deg`
Имя для программного использования	`cone_angle`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port A — площадь поперечного сечения порта A
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения на входе.

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	`0.02 m^2`
Имя для программного использования	`port_a_area`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional area at port B — площадь поперечного сечения порта B
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь поперечного сечения на выходе.

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_b_area`
Вычисляемый	Да

# Contraction correction factor — поправочный коэффициент в уравнении потерь давления при сужении

Details

Коэффициент, используемый в полуэмпирическом методе при расчетах коэффициента потерь в случае сужения потока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Local loss parameterization значение Semi-empirical correlation - sudden area change или Semi-empirical correlation - gradual area change.

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`k_contraction`
Вычисляемый	Да

# Expansion correction factor — поправочный коэффициент в уравнении потерь давления при расширении

Details

Коэффициент, используемый в полуэмпирическом методе при расчетах коэффициента потерь в случае расширения потока.

Зависимости

Значение по умолчанию	`1.0`
Имя для программного использования	`k_expansion`
Вычисляемый	Да

# Reynolds number vector — вектор значений чисел Рейнольдса для табличного метода параметризации

Details

Вектор значений чисел Рейнольдса для табличного метода параметризации сужения/расширения канала. Элементы вектора должны соответствовать элементам векторов Expansion loss coefficient vector и Contraction loss coefficient vector. Значения элементов вектора должны быть перечислены в порядке возрастания.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Local loss parameterization значение Tabulated data - loss coefficient vs. Reynolds number.

Значение по умолчанию	`[10.0, 20.0, 30.0, 40.0, 50.0, 100.0, 200.0, 500.0, 1000.0, 2000.0]`
Имя для программного использования	`Re_vector`
Вычисляемый	Да

# Contraction loss coefficient vector — вектор коэффициентов потерь при сужении

Details

Вектор коэффициентов потерь в случае сужения потока, соответствующий параметру Reynolds number vector. Элементы должны быть перечислены в порядке убывания и должны быть больше 0.

Зависимости

Значение по умолчанию	`[5.0, 2.7, 1.8, 1.46, 1.3, 0.9, 0.65, 0.42, 0.3, 0.2]`
Имя для программного использования	`C_contraction_loss_vector`
Вычисляемый	Да

# Expansion loss coefficient vector — вектор коэффициентов потерь при расширении

Details

Вектор коэффициентов потерь в случае расширения потока, соответствующий параметру Reynolds number vector. Элементы должны быть перечислены в порядке убывания и должны быть больше 0.

Зависимости

Значение по умолчанию	`[3.1, 2.3, 1.65, 1.35, 1.15, 0.9, 0.75, 0.65, 0.9, 0.65]`
Имя для программного использования	`C_expansion_loss_vector`
Вычисляемый	Да

# Critical Reynolds number — верхняя граница чисел Рейнольдса для ламинарного течения в канале

Details

Верхняя граница для числа Рейнольдса, характеризующая ламинарный режим течения жидкости в минимальном сечении.

Значение по умолчанию	`150.0`
Имя для программного использования	`Re_critical`
Вычисляемый	Да

Литература

Crane Co. Flow of Fluids Through Valves, Fittings, and Pipe TP-410. Crane Co., 1981.
Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.:Машиностроение, 1997. — 672 с.: ил. — ISBN 5-217-00393-6.