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パイプの例

この例では，パイプを通る流体の輸送をモデル化する．このモデルを使用して，さまざまな材質のパイプを比較し，パイプの寸法の影響を理解する．

パイプ全体の圧力差を決定するためのモデル．

コンポーネントのドラッグイン

新しいモデルを作成し、Modelica標準ライブラリから以下のコンポーネントをドラッグする：

• MassFlowSource_T：一定の質量流量で流体の流れを生成する．名前をboundaryに変更する．

• System

• FixedBoundary：名前をambientに変更する．

• StaticPipe

パイプパラメータの定義

Mediumドロップダウンメニューから，たとえば「Extension of the standard water package」などの流体を選択する．(このパラメータを空白のままにすることはできない)

Length：パイプの全体の長さ

isCircular：円形か非円形を選択できる．isCircularがfalseに設定されている場合は，crossAreaパラメータとperimeterパラメータを定義する必要がある．断面積は長さ全体に渡って一定であると仮定していることに注意する．

Diameter：円形パイプの直径

Roughness：パイプ内表面の粗さ．これはパイプ材料の特性であり，一般的な材料とその粗さの値は次のとおりである：

• PVC: 0.0015—0.007 mm

• ステンレス鋼: 0.001—0.006 mm

• 一般的なコンクリート: 0.3-1 mm

height_ab：出口 (port_b) と入口 (port_a) の高さの差．パイプの矢印の方向を確認して入口と出口を決定すること．

境界パラメータの定義

Medium：ドロップダウンメニューから，たとえば「Extension of the standard water package」などの流体を選択する．

nPorts：境界はパイプにのみ接続されているため，値を1に設定する．

m_flow：質量流量の値を指定する．

アンビエントパラメータの定義

Medium：ドロップダウンメニューから，たとえば「Extension of the standard water package」などの流体を選択する．

nPorts：アンビエントはパイプにのみ接続されているため，値を1に設定する．

接続とシミュレート

コンポーネントを接続する．

Experiment Setupでシミュレーションの時間を指定し，シミュレートする：

解析

材質の異なるパイプの比較

パイプ全体の圧力損失をプロットする．パイプ全体の圧力損失は変数pipe.flowModel.dps_fg[1]から取得できる：

すべての寸法が同じに保たれる場合，パイプ間の唯一の違いは内部の粗さの値である．実験を複製し，以下のpipe.roughness値を使用して再実行して，圧力損失を比較する：

• PVC: 0.0015 mm

• ステンレス鋼: 0.001 mm

• 一般的なコンクリート: 0.3 mm



PVCパイプとステンレス鋼パイプの圧力損失は同様であるが，コンクリートパイプ全体の圧力損失はかなり大きくなる（この例では45%増加）．これは，コンクリートパイプを使用して流体を輸送するには，より多くのエネルギーが必要になる（効率が低下する）ことを意味する．

サイズの異なるパイプの比較

直径0.127m(5インチ)と0.254m(10インチ)の2つのPVCパイプ(粗さ=0.0015mm)を比較する．実験を複製して2つの直径で再実行し，圧力損失を比較する．

パイプ径を2倍にすることで圧力損失を96%削減する．したがって，より大きな直径のパイプで流体を輸送する方がエネルギー効率が高くなる．