Документация Engee

Flow Resistance (G)

Газовое сопротивление.

flow resistance (g)

Описание

Блок Flow Resistance (G) моделирует общее падение давления в газовой линии. Падение давления пропорционально квадрату массового расхода и обратно пропорционально плотности газа. Коэффициент пропорциональности определяется исходя из номинального рабочего состояния, указанного в параметрах блока.

Этот блок применяется, когда о компоненте известно только падение давления в зависимости от массового расхода. Этот блок можно объединить с другими, чтобы создать пользовательский компонент, который более точно отражает реальный объект — например, теплообменник на основе блока Constant Volume Chamber.

Сохранение массы

Предполагается, что объем газа внутри газового сопротивления незначителен. Массовый расход через один порт в точности равняется массовому расходу через другой порт:

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

Энергетический баланс

Энергия может входить в газовое сопротивление и выходить из него только через газовые порты. Теплообмена между стенками и окружающей средой не происходит. Кроме того, газ не совершает работы. Поток энергии, входящий через один порт в точности равен потоку энергии, выходящему через другой порт:

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

Баланс импульса

Внешние силы, действующие на газ, включают силы, обусловленные давлением на входах, и силы, обусловленные вязким трением на стенках. Гравитация не учитывается, как и другие механические силы. Выражение сил трения в терминах коэффициента потерь ξ дает полуэмпирическое выражение:

ξмρ

где:

  • — перепад давления от порта A до порта B, то есть .

  • ξ — коэффициент потерь.

  • ρ — плотность газа.

  • — площадь потока.

Уравнение перепада давления реализовано в двух модификациях. Первая из них учитывает изменение знака при изменении направления потока, тогда уравнение переписывается следующим образом:

ξρ

где перепад давления положительный только в том случае, когда массовый расход также положительный. Вторая модификация предназначена для устранения сингулярности из-за изменения направления потока — что может представлять проблему для численных решателей во время моделирования — он линеаризуется в небольшой, при скоростях потока, близких к нулю:

ξмρ

где — пороговый массовый расход, ниже которого падение давления линеаризуется. На рисунке показано измененное падение давления по отношению к локальному массовому расходу (кривая I):

  • Выше перепад давления приближается к значению, выраженному в исходном уравнении (кривая II), и изменяется в зависимости от . Эта зависимость приближена с той, что наблюдается в турбулентных потоках.

  • Ниже перепад давления приближается к прямой линии с наклоном, частично зависящим от (кривая III), и изменяется в зависимости от . Эта зависимость приближена с той, что наблюдается в ламинарных потоках.

dp v mdotc

Для простоты моделирования коэффициент потерь ξ не требуется в качестве параметра блока. Вместо этого он автоматически вычисляется на основе номинальных условий, указанных в параметрах блока:

ξρ

где звездочка ( ) обозначает значение при номинальном рабочем режиме. В основе всех этих расчетов лежит предположение о том, что пороговый массовый расход намного меньше номинального значения . Замена дроби ξ в выражении для перепада давления дает:

ρρм

или, эквивалентно:

ρм

где — коэффициент пропорциональности между перепадом давления на газовом сопротивлении и локальным массовым расходом. Это определяется как:

ρ

Если предполагается, что плотность газа неизменна, то ее номинальное и фактическое значения всегда должны быть равны. Это имеет место всякий раз, когда номинальное значение указано в диалоговом окне блока как 0 — специальное значение, используемое для подачи сигнала блоку о том, что плотность газа является постоянной. Тогда соотношение этих двух величин равно 1, и доля ρ уменьшается до:

ρ

Порты

A — вход или выход
газ

Газовый порт, соответствует входу или выходу газового сопротивления. Этот блок не имеет внутренней направленности.

B — вход или выход
газ

Газовый порт, соответствует входу или выходу газового сопротивления. Этот блок не имеет внутренней направленности.

Параметры

Nominal pressure drop, Pa — падение давления при известном рабочем режиме
1000.0 Па (по умолчанию)

Перепад давления от входа к выходу при известном рабочем режиме. Блок использует номинальные параметры для вычисления коэффициента пропорциональности между перепадом давления и массовым расходом.

Nominal mass flow rate, kg/s — массовый расход при известном рабочем режиме
0.1 кг/с (по умолчанию)

Массовый расход от входа к выходу при известном рабочем режиме. Блок использует номинальные параметры для вычисления коэффициента пропорциональности между перепадом давления и массовым расходом.

Nominal density, kg/m³ — плотность при известном рабочем режиме
0.0 кг/м³ (по умолчанию)

Массовая плотность внутри газового сопротивления при известном рабочем режиме. Блок использует номинальные параметры для вычисления коэффициента пропорциональности между перепадом давления и массовым расходом. Установите этот параметр равным нулю, чтобы игнорировать зависимость перепада давления от плотности газа.

Cross-sectional area at ports A and B, m² — площадь потока на портах газового сопротивления
0.01 м² (по умолчанию)

Площадь потока на портах газового сопротивления. Предполагается, что порты идентичны по размеру.

Fraction of nominal mass flow rate for laminar flow — отношение порогового расхода к номинальному массовому расходу
1e−3 (по умолчанию)

Отношение порогового массового расхода к номинальному массовому расходу. Блок использует этот параметр для вычисления порогового массового расхода — и, в конечном счете, для установки пределов линеаризации для перепада давления.