Расчёт сужающего устройства (СУ)

[Crashday 1]

Доброго времени суток! Имею задачу: определить перепад давления на мембране. (С целью потом замерить этот перепад дифманометром и определить расход). Начальные данные: полное давление на входе 25 MPa и точная геометрия сужающего устройства. Пробовал сделать следующим образом - идти от обратного. Задаю объёмный расход на входе (1 m^3/h), перевожу в массовый (0,228333 kg/s при плотности 822 kg/m^3). И так, думаю, буду делать динамику в диапазоне 1 m^3/h - 5 m^3/h. (Постепенно записывая все полученные данные в Excel). Чтобы потом при известном расходе, значения перепада (и остальных параметров) можно было получить интерполяцией данных. Но вопрос в следующем: Как определить перепад давления на мембране, зная только давление на входе, геометрию и гипотетический (напомню, задался им) расход среды на входе? Данный вопрос резонно возник в случае постановки граничных условий (ГУ). На выходе из СУ ничего не могу задать. Моделирую данный процесс в CFX Pre. К вопросу прикладываю через https://dropmefiles.com/5fJls: 1) эскиз СУ; 2)файл построенной геометрии СУ (Solidworks 18); 3)файл проекта (Ansys CFX 19.3). Файл отправляю на случай, если вдруг, я допустил какие-либо ошибки на этапах постановки задачи. Заранее благодарю всех, отозвавшихся на помощь!

[piden 2 874]

@Crashday , мож лучше картинку к сообщению приложить? А то тянуть 172 метра ради нее как-то не айс.

[Crashday 1]

Да, конечно же, вот эскиз: https://dropmefiles.com/BnJ83

11 минут назад, piden сказал:

@Crashday , мож лучше картинку к сообщению приложить? А то тянуть 172 метра ради нее как-то не айс.

Да, конечно же, вот эскиз: https://dropmefiles.com/BnJ83

[piden 2 874]

 

28 minutes ago, Crashday said:

определить перепад давления на мембране.

 

Мембраной вы называете диафрагму?

 

[Crashday 1]

14 минут назад, piden сказал:

Мембраной вы называете диафрагму?

Да, оговорился.

9 минут назад, Crashday сказал:

Да, оговорился.

Ведь знаю, что диафрагму считаю и в справочниках диафрагмы искал, но почему-то когда составлял вопрос, мне думалось, что это мембрана ... наверное из-за перегрузки. Уже какой день с этой задачей сижу. А толкового материала не нашёл, чтобы рассчитать и задать ГУ.

[Crashday 1]

Вопрос снят. Разобрался с расчётом. Можно удалять тему.

Изменено 28 июля 2020 пользователем Crashday

[karachun 2 038]

@Crashday А с остальными поделиться знаниями?

@piden Он...испарился...

[Crashday 1]

Поделюсь) проверить хочу только. Нет, не испарялся я никуда, просто не могу нонстопом уделять время форуму. Если Вам не сложно и Вы разбираетесь в CFX, не могли бы проверить работу на наличие "ляпов новичка" данного модуля ? Может модель турбулентности к-epsilon не подходит там и лучше будет SST, а ещё лучше дать какие нибудь обоснованные рекомендации по повышению степени точности решения данной задачи ?

[karachun 2 038]

@Crashday Ссылки не работают. Возможно это только у меня, попробуйте залить на другой файлообменник и можно без результатов и можно уже последнюю версию. в которой косяков меньше.

37 минут назад, Crashday сказал:

Может модель турбулентности к-epsilon не подходит там и лучше будет SST

Для такой задачи это не существенно, можете сами проверить - посчитать с k-e и с SST.

Вообще привыкайте к тому что в CFD 90% советов сводятся в виду "посчитай и несколько вариантов сравни результаты". Например это относиться к влиянию размера сетки ли длинны участков трубопровода на результат - на перепад давления. Абсолютными знаниями никто не обладает, много чего проверяется расчетом.

37 минут назад, Crashday сказал:

а ещё лучше дать какие нибудь обоснованные рекомендации по повышению степени точности решения данной задачи ?

Обоснований не будет, это же интернет. Да и муторно это - писать целые простыни рекомендаций. А вот указать явные косяки - это без проблем.

Изменено 28 июля 2020 пользователем karachun

[Crashday 1]

1 час назад, karachun сказал:

@Crashday А с остальными поделиться знаниями?

Пока что ещё нечем поделиться, могу только документы сказать, на которые опираюсь. Сейчас, с целью определения остальных параметров, пользуюсь ими: http://docs.cntd.ru/document/1200047566 , http://docs.cntd.ru/document/1200047567. 
Только вот не пойму, я задался массовым расходом на СУ. А вот ГОСТ (по первой ссылке) по формуле (5.2) говорит о массовом расходе, который за устройством (так как в формуле уже присутствует перепад давления). Да и все формулы расхода, которые приведены в соответствующих доках - считаются через перепад давления. Отсюда неясно - есть все параметры до СУ, после ни одного.. Вообще, возможно ли определить перепад, не зная расхода через устройство?

[karachun 2 038]

1 час назад, Crashday сказал:

А вот ГОСТ (по первой ссылке) по формуле (5.2) говорит о массовом расходе, который за устройством

Здрасьте, а закон сохранения массы Вам зачем? Расход до и после преграды/устройства один и тот же. Т.е. Расход вдоль трубы постоянен, ничего никуда не протекает и не подсасывает извне.

 

1 час назад, Crashday сказал:

Да и все формулы расхода, которые приведены в соответствующих доках - считаются через перепад давления. Отсюда неясно - есть все параметры до СУ, после ни одного..

Ваши ГОСТы я не читал но формулу расхода мне еще в институте показывали. Смотрите, вот есть формула объемного расхода:

Q - расход, Р1. Р2 - давления до и после, ΔP - перепад, S - площадь, мю - безразмерный коэффициент расхода.

мю неизвестно, S постоянная, остаются три величины Q, P1, P2. В CFD можно задать или расход на входе и давление на выходе или расход на выходе и давление на входе или пару давлений. Если задачей заданы расход и давление на входе то подходит второй вариант - задать на входе статическое давление а на выходе - расход. Давление на выходе будет найдено по результатам расчета. Потом можно из формулы получить значение мю.

P.S. А говорили что тему можно закрывать...

1 час назад, Crashday сказал:

Вообще, возможно ли определить перепад, не зная расхода через устройство?

Нет, получается одно уравнение и два неизвестных.

Изменено 28 июля 2020 пользователем karachun

[karachun 2 038]

@Crashday С формулой расходя я ошибся, признаю. Нужно было все таки почитать ГОСТ.

Формула объемного расхода будет выглядеть так.

А формула массового расхода - так.

 

Изменено 29 июля 2020 пользователем karachun

[Crashday 1]

2 минуты назад, karachun сказал:

@Crashday С формулой расходя я ошибся, признаю. Нужно было все таки почитать ГОСТ.

Формула объемного расхода будет выглядеть так.

А формула массового расхода - так.

 

Да, я ими и пользуюсь сейчас, а ваше прошлое сообщение прояснило методику расчёта) Я то в инете нашёл только два типа ГУ. По одному из них (На входе полное давление 25MPa, на выходе массовый расход) хотелось бы спросить, можно ли его поставить для этой задачи? Или обязательно искать статическое давление?
Жду вот, когда cfx посчитает давление на выходе. Попробую, как посчитает, на какой нибудь другой файлообменник залить проект + скрин расчёта в маткаде. 
+ Тут в задании ГУ на входе (статическое давление), вылезает примечание о том, что "если выбрать направление потока Zero gradient, расчёт будет надёжнее". Я пока задал normal to boundary condition. Видимо, буду пробовать, чтобы выйти на более корректный результат...
++ Тут меня одна ошибка донимает в решателе уже какой день "a wall has been placed at portion(s) of an OUTLET. На что она влияет ?

https://transfiles.ru/t2cz9 Ссылка на проект CFX и геометрию SW. Щас только разберусь, как правильно определять значения (давления или же скорости) в плоскостях, отправлю файл расчёта в маткаде. А то путаюсь пока что global и local (перевод знаю, но не совсем понятно, какое значение "снимать")

[Crashday 1]

Файл перезалью сейчас с решением. Допустил ошибку.

[karachun 2 038]

3 минуты назад, Crashday сказал:

По одному из них (На входе полное давление 25MPa, на выходе массовый расход) хотелось бы спросить, можно ли его поставить для этой задачи? Или обязательно искать статическое давление?

Можно и так.

Полное давление = Статическое + rho * V^2/2.

Если поставите полное то по результатам расчета решатель сам определит статическое давление и динамический напор.

 

Только смотрите - если в формуле расхода мы принимаем плотность постоянной то видно что влияют не давления по отдельности а перепад давлений. Т.е. для несжимаемой жидкости расчет с давлением 25 МПа и 1 МПа и 0 МПа и даже -25 МПа дадут один и тот же результат, решает только перепад давления. Это особенность несжимаемой постановки - уровень давления ни на что не влияет и может даже быть отрицательным.

Но если в этом устройстве будет кавитация то она повлияет на расход. А вот кавитация уже зависит от давления а при отрицательном вообще будет ошибка.

В любом случае почитайте вот этот комментарий, проникнитесь сутью опорного давления и выставьте опорное давление (в свойствах домена) 25 МПа а полное давление поставьте 0 Па. Вот это точно улучшит точность решения.

https://cccp3d.ru/topic/108914-flow-simulation-расчет-потока-жидкости-в-гидрораспределителе/?do=findComment&comment=1023082

6 минут назад, Crashday сказал:

+ Тут в задании ГУ на входе (статическое давление), вылезает примечание о том, что "если выбрать направление потока Zero gradient, расчёт будет надёжнее". Я пока задал normal to boundary condition. Видимо, буду пробовать, чтобы выйти на более корректный результат...

Вроде как то что по умолчанию должно хорошо подходить.

7 минут назад, Crashday сказал:

++ Тут меня одна ошибка донимает в решателе уже какой день "a wall has been placed at portion(s) of an OUTLET. На что она влияет ?

Выход попал в зону обратных токов (вихрей), ГУ outlet работает только на выдув, там где давление перед выходом меньше чем давление указанное в гУ решатель ставит стенку. Отодвиньте выход подальше, чтобы поток успел установиться - скорость во всем сечении быта направлена в одну сторону,

[Crashday 1]

По поводу опорного давления Вы прямо-таки предсказали мой вопрос) Я видел в примерах, как авторы различных работ в CFX задавали reference pressure..причём задавали - кто во что горазд. В связи с чем у меня сформировалось не правильное видение параметра.Спасибо, задал 0 на входе, 25 MPa - опорным.
По вашей рекомендации, также устранил ошибку касательно обратных линий тока. 
На файлообменник не буду, наверное, загружать, под 500 Мб вышло. Прикреплю здесь скрины. У меня возникла пара вопросов по "снятию параметров".
1) В ГОСТе сказано: подпункт 3.1.4 перепад давления на СУ: Разность между значениями статического давления среды до и после СУ с учетом разности высоты положения отверстий для отбора давления до и после СУ. 
То есть, задаётся плоскость (contour), на ней выбирается Pressure ? Просто Pressure можно перевести и как давление, и как напор. (Total pressure, как я понял, отпадает. Значение полного давления было граничным условием и позволило посчитать программе статическое давл. и динамический напор. Да и не подходит по определению из ГОСТа, нужна разность стат. давлений.)
2) Чтобы снять параметр стат. давления contour задаётся в поперечном сечении трубы ? И какой задавать range (local или global) ?
3) Вопрос по расположению "измерительных плоскостей": они должны быть удалены от СУ на расстояние, на котором расположены отверстия отбора давления или расположены ровно перед и после СУ (на срезах)? Или же в местах установившегося давления ? 

 Так как не могу приложить расчёт, прикладываю скрины полей, на которых построены скорости и давления.

 

 

 

 

 

Изменено 29 июля 2020 пользователем Crashday

[karachun 2 038]

@Crashday

1. Полное давление на входе (P1) задано но полное давление на выходе (Р2) получено по результатам расчета. Если измерять давление на некотором расстоянии от преграды (достаточном чтобы течение опять стало установившимся) то перепад посчитанный по полному и статическому давлению будет одинаков.

Полное = Статическое + Динамический напор. Динамический напор в двух сечениях будет одинаков - течение установилось, скорости одинаковые, плотность одинаковая.

Вообще правильно определять разницу по полным давлениям, потери ведь называются потерями полного давления а не статического. Но конкретно в этом случае это связано со способом измерения, отверстие в трубе параллельно потоку и манометр измеряет только статическое давление.

 

2. Снимать значение по контуру это как пальцем в небо, это же метод "на глаз". Нужно написать выражение (Expression) в котором рассчитывается среднее по площади давление. Но в реальности давление измеряется через трубку, вваренную перпендикулярно к трубе. Тогда может стоит измерять давление в одной точке на стенке трубы. Что ГОСТ требует - давление в плоскости или давление в трубке?

 

3. Прямо за отверстием течение не установилось и давление может быть меньше чем ниже по потоку. Нужно будет отступить дальше от пластины. Естественно нужно делать по ГОСТУ.

 

И предвосхищая следующий вопрос - что делать если сетка и так большая а нужно двигать трубу еще дальше? Можно решить задачу в осесимметричной постановке - моделируется только небольшой сектор трубы 1-5 градусов. На боковые стенки устанавливается симметрия. Сетка строится толщиной в 1 элемент.

Мне стало интересно и я посчитал геометрию таким способом. на всю сетку ушло меньше ста тысяч элементов. И при этом у модели есть длинные входной и выходной участки.

Вот ссылка на модель но она создана в версии 2020R1.

https://fex.net/ru/s/orznd1a

[Crashday 1]

1)

В 29.07.2020 в 21:11, karachun сказал:

Но конкретно в этом случае это связано со способом измерения, отверстие в трубе параллельно потоку и манометр измеряет только статическое давление.

 Но ведь измерительные отверстия высверлены перпендикулярно потоку, поэтому измеряют стат. давление (не учитывая напор среды). Параллельным к трубе является СУ и в зоне завихрения за ним замеряют «второе» значение стат. давления. Поправьте, если перепутал что-то.

2) 

В 29.07.2020 в 21:11, karachun сказал:

Но в реальности давление измеряется через трубку, вваренную перпендикулярно к трубе. Тогда может стоит измерять давление в одной точке на стенке трубы. Что ГОСТ требует - давление в плоскости или давление в трубке?

Мне предоставили часть чертежа, расстояния от торцов СУ до измерительных отверстий равны нулю (конструкция схожа с типовой, отверстия указаны красными стрелками на фото). Плюс ГОСТы диктуют перепад давления, как разницу между стат. давлениями до и после СУ. Учитывая эти два факта, точную картину перепада можно получить на «срезах» диафрагмы. В данной задаче нет смысла ждать установления потока чтобы померить разницу полного давления (увеличивать длину трубы или менять геометрию на другую – плоскую, симметричную). Поправьте, если ошибаюсь.
Также стоит отметить, что было бы неправильно усреднять значения стат. давления на срезах (calculations ---> function calculator ---> function: ave), так как там сосредоточен максимальный градиент стат. давлений. Погрешность будет велика, поэтому хочу спросить у Вас: Существует ли способ определить тот или иной параметр на плоскости в определённой точке? Хотелось бы поставить эти точки в районах измерительных отверстий.

3) Скажите, внесёт ли погрешность высота измерительного канала (расстояние между фиолетовыми стрелками на фото)? Или значение стат. давления «до» СУ будет эквивалентно давлению с левой стороны измерительной мембраны дифманометра?

4) Параметр Pressure является статическим давлением в CFX, когда мы строим поля давлений. Слово Static зачастую опускается в задачах гидродинамики. Лично меня это сбило при снятии параметров в программе. Пишу здесь. Может, кто и зайдёт, может, кто и прочтёт).

[karachun 2 038]

1. Тут я имел в виду что плоскость отверстия параллельна потоку. Короче говорим о одном и том же но разными словами.

2.

2 часа назад, Crashday сказал:

Существует ли способ определить тот или иной параметр на плоскости в определённой точке? Хотелось бы поставить эти точки в районах измерительных отверстий.

Смотрите - если нужно измерить значение в точке то для этого можно просто создать точку и в выражениях запросить стат. давление в конкретной точке через probe. В данном случае плоскость это лишняя сущность.

3. Нет. там же жидкость не движется.

4. И еще учтите что в Pressure нет опорного давления. Т.е. вот эти 25 МПа нужно будет мысленно добавить, в отчетах бывает так и подписывают картинку с заливкой по давлениям -"к указанным давлениям нужно прибавить Х атмосфер". Можно сделать свою вариаблю в которой к ста. давлению будет прибавлено опорное но на перепад давления это никак не повлияет.

 

Изменено 30 июля 2020 пользователем karachun

[karachun 2 038]

del.

Изменено 30 июля 2020 пользователем karachun