Коэффициент гидравлического сопротивления: адекватный численный расчет и расчет по ГОСТ.

[Jesse 829]

Почти год считаю всякую запорную арматуру дебильному ГОСТу 34437-2018...

Дело в том, что со спроектированной арматурой проводят испытания на коэффициент гидравлического сопротивления (КГС) по вышеуказанному ГОСТу. Цель - шоб численный расчет попал в испытания (ключевой параметр - перепад давления и КГС, который в области квадратичного сопротивления должен оказаться в установленном в ТЗ диапазоне).

Дебилизм в том, что испытания всё равно как-то по-своему проводят, с отклонением от ГОСТа. 

К примеру, порой они во входной патрубок, скажем, ДУ350мм, "загоняют" патрубок для подачи воды намного меньшего диаметра.

Что касается измерений, то среднее по сечению давление замеряют (требование ГОСТ и на испытаниях тоже так делают) на расстоянии 2*ДУ от входа и и 6*ДУ от выхода... Имхо это во многих случаях неверно, т.к. на таком малом расстоянии могут сохраняться возмущения потока от арматуры - расчёт не раз подтверждал. Доп-е входные участки с боков берут 20ДУ с каждой стороны.

 

В связи с этим собственно вопрос: а как вообще правильно считать?)

Условия кратко: развитая турбулентность, Re>20000, стационарный расчёт.

Предполагаю делать следующим образом:

Имеем такой простенький клапан для примера

Входные участки слева и  справа по 40*ДУ - оценка Никурадзе с хорошим запасом (кто-то считает, что для турбулентного режима хватает и 10*ДУ), чтоб поток установился. 

Считаем с постоянной скоростью/расходом на входе и атмосферой (открытый патрубок) на выходе. Цель и параметр остановки расчета - перепад давления на обоих концах.

Задаём хотя бы 5-6 точек в диапазоне Re 20000...500000, ожидая выйти на плато примерно как здесь

Перед параметрическим расчётом делаем анализ сеточной сходимости на каком нибудь среднем Re.

Делаем параметрический расчёт. И теперь самое интересное - от перепада давления на обоих надо вычесть (по-хорошему, в каждом расчётике свои) потери по длине. Тут чистая эмпирика, для турбулентного режима есть разные оценки коэфф-та лямбда: Блазиус, тот же Никурадзе. Для гидравлически шероховатых труб - диаграммы Муди. Подбираем лямбда, находим аналитически dP по длине, вычитаем это дело из общего dP, полученного в численном расчете.

Хотя мне попадались расчёты, где люди брали тупо трубу (в нашем случае длиной 80*ДУ), и прогоняли её в численном счёте. Т.к. сопротивления формы у неё нет, то весь dP суть потери по длине. Хотя мне кажется это слишком геморройно, и проще посчитать аналитикой... 

В конце берём окончательный dP без учёта потерь по длине, и по формулке КГС=2dP/pv². Строим график КГС vs Re.

Тут много мелких вопросов. К примеру, попадалось такое что по вышеуказанной формуле Дарси-Вейсбаха находят сначала КГС для общих потерь, затем КГС по длине, и вычитают из первого второе. По идее это то же самое что я выше расписывал, но всё равно. 

Ещё попадались предложения добиться сходимости по входному участку (@karachun, как дела?)

 

Короче , кто как делает? Как правильней?)

 

[karachun 2,027]

24 минуты назад, Jesse сказал:

Ещё попадались предложения добиться сходимости по входному участку

Думаю 40 диаметров более чем достаточно, в любом случае можно посчитать модель с 20 и 10 диаметрами и сравнать.
А так я делал все как ты говорил - добавлял входной и выходной участки и потом вычитал их сопротивление, вычисленное по аналитике. Это же прямая труба, для нее все уже давно просчитано много раз.

 

Что еще из подводных камней приходит на ум это возникновение кавитации в задвижке, но возможно есть методики по которым можно исходя из давления, скорости и свойств жидкости показать аналитическим расчетом что кавитации не будет и моделировать ее не нужно. Нужно искать в учебниках.
 

34 минуты назад, Jesse сказал:

В конце берём окончательный dP без учёта потерь по длине, и по формулке КГС=2dP/pv². Строим график КГС vs Re.

В справочнике Идельчика для Re>10000 идет один коэффициент, Наверное и по результатам расчета он не будет сильно изменяться.

[a_schelyaev 350]

Не Очень понятно зачем брать такие добавки на вход и выход по длине? Ну и что, что на выходе возмущения, они же и в реальности будут и значит отразятся в перепаде.

[Jesse 829]

1 час назад, karachun сказал:

Думаю 40 диаметров более чем достаточно, в любом случае можно посчитать модель с 20 и 10 диаметрами и сравнать.

ну, на больших моделях беру максимум 20 диаметров. Сходимость по патрубку делать затратно по времени, честно сказать, для таких больших моделей... Кое как сходимость по сетке сделаю - уже доволен. Кто-то на больших моделях вообще по сечению делает сходимость по сетке, т.е. решают по сути 2Д задачу. Видел такое, но имхо такое редко когда оправдано может быть...

 

1 час назад, karachun сказал:

Это же прямая труба, для нее все уже давно просчитано много раз.

да, пожалуй что так! Смотрел примеры валидации флоу, там хорошее совпадение с аналитикой даже для шероховатой трубы.

1 час назад, karachun сказал:

Что еще из подводных камней приходит на ум это возникновение кавитации в задвижке

у нас часто под большими давлениями проливают, типа совмещают с испытаниями на герметичность. Да и там вода 20 град, кавитация маловероятна. 
Беру кстати опорное  давление 1 Па или вообще по дефолту оставляю атмосферное, всё равно на абсолютное значение давления не смотрю - интересен только перепад. Для несжимаемой жидкости в стационаре действительно разницы никакой, как ты где-то писал. Кстати, тестил для интереса с большим опорным давлением на предмет численных неустойчивостей или сильных погрешностей в перепаде - разницы не заметил.. видимо, в FloEFD исп-ся какая-то двойная или четвертная точность (bin128). Хз, не узнавал какая там точность.

 

А так ребята с арматурного отдела обычно предупреждают про всякие фишки в течении типа кавитации (типа что она там скорей всего должна быть). За всё время один расчёт с кавитацией делал, руку набить не успел..

1 час назад, karachun сказал:

В справочнике Идельчика для Re>10000 идет один коэффициент, Наверное и по результатам расчета он не будет сильно изменяться.

Да, так и есть. Максимальная разница которую замечал 15-20%. Так чтобы условно в 2 раза скакнул КГС на как0м-нибудь очень большом Re такого точно не было

42 минуты назад, a_schelyaev сказал:

Не Очень понятно зачем брать такие добавки на вход и выход по длине?

не очень понятно, почему в госте такие маленькие добавки предлагают брать. Хотя там вроде было что это минимальное значение 2DN и 6DN, дескать берите больше. Но мне говорят считать по госту и "так же как считали до меня", а там мадам использовала именно эти значения

з.ы.: забыл про пристеночные функции!
в FloEFD исп-ся 2SWF - двухмасштабные пристеночные функции, которые как-то хитро меняют поток в зависимости от плотности сетки. Единственное участие пользователя тут - контроль стенки близ твёрдой стенки. В хэлпе пишут типа "грубая сетка может быть недостаточна, но и сильно плотная сетка может навредить". Короче, поиграться на простых примерах и понять таким макаром должно быть намного проще, чем пытаться разобраться как они работают

Осталось только придумать хорошую toy model

Edited March 9 by Jesse

[Jesse 829]

14 часов назад, Jesse сказал:

Максимальная разница которую замечал 15-20%. Так чтобы условно в 2 раза скакнул КГС на как0м-нибудь очень большом Re такого точно не было

хотя ещё в прошлом году насчиталося такое

т.е. КГС скакнул в 5 раз. Но смотрю что в отчёт это не пошло, возможно налажал тут. надо перепроверить, если модель ещё жива))

[Jesse 829]

и в Идельчике, и в Вики пишут, что для продолговатых или сильно вытянутых тел уже не только площадь играет роль... т.е. по сути ещё один параметр добавляется