Jet Pump (IL)
Струйный насос в сети изотермической жидкости.
Описание
Блок Jet Pump (IL) моделирует струйный насос в сети изотермической жидкости с одинаковыми движущей и всасываемой жидкостями. Движущая жидкость поступает в первичное сопло через порт A и затягивает всасываемую жидкость через входной порт S. После смешивания в горловине объединенный поток расширяется в диффузоре и выводится через порт B. Общее изменение давления в насосе представляет собой сумму индивидуальных вкладов трения и изменения площади в каждой секции насоса, а также изменения импульса в горловине. Знаки в приведенных ниже уравнениях соответствуют положительному потоку в горловине.
На рисунке приведена схема струйного насоса.
Изменение давления при изменении площади
Массовый расход в насосе сохраняется:
где
-
— массовый расход через порт A;
-
— массовый расход через порт S;
-
— массовый расход через порт B.
Используя закон сохранения массы и закон Бернулли, изменение площади сегментов насоса можно выразить в терминах изменения давления. Изменение давления, связанное с соплом, составляет:
или 0, в зависимости от того, что больше. В этой формуле:
-
— площадь сопла в самом широком сечении, значение параметра Nozzle area;
-
— плотности жидкости.
Предполагается, что входное отверстие сопла намного больше, чем выходное отверстие.
Хотя геометрия типичного всасывающего канала не похожа на форму сопла, у него так же уменьшается площадь при переходе в кольцевой зазор вокруг выходного отверстия сопла. Предполагается, что этот кольцевой зазор намного меньше, чем площадь всасывающего отверстия. Изменение давления, вызванное этим уменьшением площади, составляет:
или 0, в зависимости от того, что больше. В этой формуле — площадь поперечного сечения отверстия.
Изменение давления при расширении диффузора составляет:
где — отношение площадей поперечного сечения входного и выходного отверстий диффузора, значение параметра Diffuser inlet to outlet area ratio.
|
Реверсивные потоки В случае реверсивного потока влияние площади сопла на изменение давления не моделируется, поэтому поток, проходящий от горловины через сопло, не будет испытывать никакого прироста давления. Это обеспечивает численную стабильность блока при моделировании реверсивных потоков. |
Изменение давления в результате смешивания
В горловине происходит смешивание движущего и всасываемого потоков. Изменение импульса при этом связано с изменением давления:
где — отношение наибольшей и наименьшей площади поперечного сечения сопла, значение параметра Nozzle to throat area ratio.
Потери давления из-за трения
Поток испытывает потери давления из-за трения в сопле, на входе всасывающего канала, в горловине и диффузоре. Эти потери рассчитываются на основе коэффициента, определенного для каждой секции, и площади, или соотношения площадей, между различными секциями насоса. Обратите внимание, что трение приводит к потерям давления независимо от направления потока. Потери давления из-за трения в сопле составляют:
где — значение параметра Primary flow nozzle loss coefficient.
Потеря давления из-за трения во всасываемом потоке через кольцевой зазор составляет:
где — значение параметра Secondary flow entry loss coefficient.
Потеря давления из-за трения в горловине составляет:
где — значение параметра Throat loss coefficient.
Потеря давления из-за трения в диффузоре составляет:
где — значение параметра Diffuser loss coefficient.
Обратите внимание, что знак соответствует отрицательному потоку из горловины в направлении порта B. Потери определяются для областей наибольшей скорости в потоке. По этой причине в уравнении потерь в диффузоре используется площадь горловины, равная площади входного отверстия диффузора.
Давление насыщения в сопле
Кавитация возникает, когда в области низкого давления значение давления опускается ниже давления насыщения пара. Это создает полости с паром в жидкости и препятствует дальнейшему увеличению потока через насос. Можно задать предел расхода, задав значение в параметре Minimum nozzle pressure, за пределами которого скорость жидкости будет оставаться постоянной. Общее изменение давления в насосе зависит от этого порогового значения давления на выходе из сопла. Между соплом и диффузором изменение давления будет определяться как
или как , в зависимости от того, что меньше.
Общее изменение давления в сопле составляет:
Общее изменение давления в кольцевом зазоре составляет:
Предположения и ограничения
-
Движущая и всасываемая жидкость одинаковы.
-
Предполагается, что смешивание в горловине равномерное и полное.
-
Входное отверстие сопла намного больше выходного отверстия, а кольцевой зазор для всасываемой жидкости намного меньше входного отверстия.
-
Изменение давления в сопле не моделируется для реверсивных потоков.
-
Эффекты кавитации моделируются за счет ограничения максимального расхода в горловине.
Порты
Ненаправленные
#
A
—
порт для движущей жидкости
изотермическая жидкость
Details
Порт для входа движущей жидкости.
| Имя для программного использования |
|
#
B
—
порт для смешанной жидкости
изотермическая жидкость
Details
Порт для выхода смешанной жидкости.
| Имя для программного использования |
|
#
S
—
порт для всасываемой жидкости
изотермическая жидкость
Details
Порт для входа всасываемой жидкости.
| Имя для программного использования |
|
Параметры
Parameters
#
Nozzle area —
площадь входного отверстия сопла
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2
Details
Площадь поперечного сечения отверстия в самом широком месте сопла. Движущая жидкость поступает в струйный насос через сопло.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Nozzle to throat area ratio — отношение площадей поперечного сечения выходного отверстия сопла и горловины
Details
Характеристическое отношение площадей поперечного сечения выходного отверстия сопла и горловины.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Diffuser inlet to outlet area ratio — отношение площадей поперечного сечения входного и выходного отверстия диффузора
Details
Характеристическое отношение площадей поперечного сечения входного и выходного отверстия диффузора.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Primary flow nozzle loss coefficient — коэффициент потерь на трение в сопле
Details
Характеризует потери давления в движущемся потоке из-за трения в сопле.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Secondary flow entry loss coefficient — коэффициент потерь на трение на входе всасывающего канала
Details
Характеризует потери давления во всасываемом потоке из-за трения на входе всасывающего канала.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Throat loss coefficient — коэффициент потерь на трение в горловине
Details
Характеризует потери давления в смешанном потоке из-за трения в горловине.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
# Diffuser loss coefficient — коэффициент потерь на трение в диффузоре
Details
Характеризует потери давления в смешанном потоке из-за трения в диффузоре.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|
#
Minimum allowable nozzle pressure —
минимальное давление на выходе из сопла
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar
Details
Максимально допустимое изменение давления в струйном насосе. Если давление на выходе из сопла падает ниже этого значения, то блок моделирует эффект кавитации, ограничивая скорость жидкости до скорости при минимальном давлении в сопле.
| Значение по умолчанию |
|
| Имя для программного использования |
|