Документация Engee

Area Change (IL)

Сужение или расширение трубопровода в системах с изотермической жидкостью.

Sudden Area Change (IL)

sudden area change (il)

Gradual Area Change (IL)

gradual area change (il)

Описание

В блоке Area Change (IL) моделируется внезапное или постепенное 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 в книге автора [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:

θ ,

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

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

θ .

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:

θ ,

и 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, :

    ρ ;

    где:

    • — наименьшая площадь поперечного сечения канала (либо значения параметров Cross-sectional area at port A или Cross-sectional area at port B);

    • ν — кинематическая вязкость жидкости;

    • ρ — средняя плотность жидкости;

    • — гидравлический диаметр в сечении :

      π .

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:

ρ ,

где последнее слагаемое — потери давления, определяемые по выражению:

ρ .

Порты

Ненаправленные

A — входной порт
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости соответствует входу жидкости.

B — выходной порт
изотермическая жидкость

Порт изотермической жидкости соответствует выходу жидкости.

Параметры

Cone angle — угол конуса, образующего внутренние стенки канала сужения/расширения потока
30° (по умолчанию) | положительный скаляр

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

Зависимости

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

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

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.

Cross-sectional area at port A — площадь поперечного сечения порта A
0.02 м² (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения на входе.

Cross-sectional area at port B — площадь поперечного сечения порта B
0.01 м² (по умолчанию)

Площадь поперечного сечения на выходе.

Reynolds number vector — вектор значений чисел Рейнольдса в случае табличного метода параметризации
[10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000] (по умолчанию) | вектор 1 на n

Вектор значений чисел Рейнольдса в случае табличного метода параметризации сужения/расширения канала. Элементы вектора должны соответствовать элементам векторов Contraction loss coefficient vector и Expansion 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.

Contraction loss coefficient vector — вектор коэффициентов потерь при сужении
[5, 2.7, 1.8, 1.46, 1.3, .9, .65, .42, .3, .2] (по умолчанию) | вектор 1 на n

Вектор коэффициентов потерь в случае сужения потока, соответствующий параметру Reynolds number vector, где n — длина вектора чисел Рейнольдса. Элементы должны быть перечислены в порядке убывания и должны быть больше 0.

Зависимости

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

Expansion loss coefficient vector — вектор коэффициентов потерь при расширении
[3.1, 2.3, 1.65, 1.35, 1.15, .9, .75, .65, .9, .65] (по умолчанию) | вектор 1 на n

Вектор коэффициентов потерь в случае расширения потока, соответствующий параметру Reynolds number vector, где n — длина вектора чисел Рейнольдса. Элементы должны быть перечислены в порядке убывания и должны быть больше 0.

Зависимости

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

Expansion correction factor — поправочный коэффициент в уравнении потерь давления при расширении
1 (по умолчанию) | положительный скаляр

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

Contraction correction factor — поправочный коэффициент в уравнении потерь давления при сужении
1 (по умолчанию) | положительный скаляр

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.

Critical Reynolds number — верхняя граница чисел Рейнольдса для ламинарного течения в канале
150 (по умолчанию) | положительный скаляр

Верхняя граница чисел Рейнольдса, характеризующих ламинарный режим течения жидкости в минимальном сечении.

Библиография

  1. Crane Co. Flow of Fluids Through Valves, Fittings, and Pipe TP-410. Crane Co., 1981.

  2. Idel’chik, I. E. Handbook of Hydraulic Resistance, CRC Begell House, 1994.