Простой интерфейс теплообменника (G)

Тепловой интерфейс между газом и его средой

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Жидкие Сетевые интерфейсы / Теплообменники / Основные Компоненты

Описание

Блок Simple Heat Exchanger Interface (G) моделирует перепад давления и изменение температуры в газе, когда это пересекает длину теплового интерфейса, такого как обеспеченный теплообменником. Теплопередача через тепловой интерфейс проигнорирована. См. составную блок-схему блока Simple Heat Exchanger (G-G) для примера, показывающего, как объединить два блока.

Перепад давления вычисляется как функция массовой скорости потока жидкости от сведенных в таблицу данных, заданных в некотором ссылочном давлении и температуре. Вычисление основано на линейной интерполяции, если массовая скорость потока жидкости в границах сведенных в таблицу данных и на экстраполяции ближайшего соседа в противном случае. Другими словами, соседние точки данных соединяются через прямолинейные сегменты с теми в массовых границах скорости потока жидкости, расширяющих горизонтально исходящий.

Линейная интерполяция (слева) и экстраполяция ближайшего соседа (справа)

Вычисления блока полагаются на состояния и свойства жидкости — температуру, плотность, и определенную внутреннюю энергию — во входе к тепловому интерфейсу. Вход изменяется резко от одного порта до другого во время реверсирования потока, вводя разрывы в значениях этих переменных. Чтобы устранить эти разрывы, блок сглаживает затронутые переменные в массовых скоростях потока жидкости ниже заданного порогового значения.

Сглаживание температуры входа ниже массового порога скорости потока жидкости

Массовый баланс

Масса может ввести и выйти из теплового интерфейса через порты A andB. Объем интерфейса фиксируется, но сжимаемость жидкости означает, что масса в интерфейсе может измениться с давлением и температурой. Сжимаемость газа всегда учитывается, с его значением, являющимся этим, задал в диалоговом окне блока Gas Properties (G). Массовый баланс в интерфейсе может затем быть выражен как:

$\frac{\partial M}{\partial p} \frac{d p}{d t} + \frac{\partial M}{\partial T} \frac{d T}{d t} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B},$

где:

M является массой внутреннего жидкого объема теплового интерфейса.
p является внутренним жидким давлением.
T является внутренней жидкой температурой.
$\dot{m}$ _* массовые скорости потока жидкости в через газовые порты.

Энергетический баланс

Энергия может ввести и выйти из теплового интерфейса двумя способами: с потоком жидкости через порты A и B и с тепловым потоком через порт H. Никакие работа не сделаны на или жидкостью в интерфейсе. Уровень энергетического накопления во внутреннем жидком объеме интерфейса должен поэтому равняться сумме энергетических скоростей потока жидкости через все три порта:

$\frac{\partial E}{\partial p} \frac{d p}{d t} + \frac{\partial E}{\partial T} \frac{d T}{d t} = ϕ_{A} + ϕ_{B} + Q_{H},$

где:

E является полной энергией во внутреннем жидком объеме теплового интерфейса.
ϕ_* является энергетическими скоростями потока жидкости в через газовые порты.
Q является уровнем теплового потока в через тепловой порт.

Баланс импульса

Вычисление перепада давления базируется полностью на сведенных в таблицу данных, которые вы задаете. Причины перепада давления проигнорированы, кроме эффектов, которые они могут иметь на заданные данные. Полный перепад давления от одного газового порта до другого вычисляется от отдельных перепадов давления от каждого газового порта до внутреннего жидкого объема:

$p_{A} - p_{B} = Δ p_{A} - Δ p_{B},$

где:

p_* является жидкими давлениями в газовых портах.
Δp_* является перепадами давления от газовых портов до внутреннего жидкого объема:

$Δ p_{*} = p_{*} - p,$
с p как давление во внутреннем жидком объеме.

Сведенные в таблицу данные заданы в ссылочном давлении и температуре, от которого вычисляется третий параметр ссылки, ссылочная плотность. Отношение ссылочной плотности к плотности фактического порта служит поправочным коэффициентом в отдельных уравнениях перепада давления, каждый заданный как:

$Δ p_{*} = Δ p ({\dot{m}}_{*}) \frac{ρ_{R}}{ρ_{*}},$

где:

Δp ( $\dot{m}$ ) сведенная в таблицу функция перепада давления.
ρ_* является жидкой плотностью в газовых портах.

Звездочка обозначает газовый порт (A или B), в котором заданы параметр или переменная. Индекс R обозначает ссылочное значение. Плотность в интерфейсном входе сглаживается ниже массового порога скорости потока жидкости путем введения гиперболического термина ɑ:

$ρ_{*, сглаженный} = ρ_{*} (\frac{1 + α}{2}) + ρ (\frac{1 - α}{2}),$

где _{сглаженный} ρ является сглаживавшей плотностью в порте входа, ρ_* является не сглаживавшей плотностью в том же порте, и ρ является плотностью во внутреннем жидком объеме. Гиперболический срок сглаживания задан как:

$α = tanh (4 \frac{{\dot{m}}_{в среднем}}{{\dot{m}}_{th}}),$

где $\dot{m}$ _{в среднем} среднее значение массовых скоростей потока жидкости через газовые порты и $\dot{m}$ _th является массовым порогом скорости потока жидкости, заданным в диалоговом окне блока. Этот порог определяет ширину массовой области скорости потока жидкости, по которой можно сглаживать жидкую плотность. Средняя массовая скорость потока жидкости задана как:

${\dot{m}}_{в среднем} = \frac{{\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B}}{2}$

Порты

Вывод

развернуть все

`CP` — Изобарная удельная теплоемкость газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

Изобарная удельная теплоемкость газа во внутреннем жидком объеме теплового интерфейса.

`M` Массовая скорость потока тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

Массовая скорость потока газа во внутреннем жидком объеме интерфейса. Выходной сигнал положителен, когда скорость потока жидкости направлена от порта A до порта B и отрицательная в противном случае.

Сохранение

развернуть все

`A` Жидкое открытие
газ

Открытие, посредством которого газ может ввести и выйти из теплового интерфейса.

`B` Жидкое открытие
газ

Открытие, посредством которого газ может ввести и выйти из теплового интерфейса.

`H` Тепловое условие в жидком входе
тепловой

Тепловой порт раньше устанавливал тепловое условие в газовом порте, служащем газовым входом.

Параметры

развернуть все

Вкладка падения давления

`Mass flow rate vector` — Массовые скорости потока жидкости, в которых можно задать данные перепада давления
`[.3, .5, 1, 1.5, 2, 2.5] kg/s` (значение по умолчанию) | K - массив элемента с единицами массы/времени

Массив массовых скоростей потока жидкости, в которых можно задать перепад давления, свел в таблицу данные.

`Pressure drop vector` — Данные перепада давления, соответствующие заданным массовым скоростям потока жидкости
`[3, 5, 10, 25, 35, 50] * 1e-3 MPa` (значение по умолчанию) | K - массив элемента с единицами давления

Массив перепадов давления от входного отверстия до выхода, соответствующего сведенным в таблицу массовым данным о скорости потока жидкости.

`Reference inflow temperature` — Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Температура, при которой заданы сведенные в таблицу данные перепада давления.

`Reference inflow pressure` — Давление, при котором перепад давления свел в таблицу данные, задано
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

Давление, при котором заданы сведенные в таблицу данные перепада давления. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить третий параметр ссылки, ссылочную плотность. Ссылка, которую это использует, чтобы масштабировать сведенные в таблицу данные о перепаде давления для давлений и температур, отклоняющихся от ссылочных условий.

`Mass flow rate threshold for flow reversal` — Массовая скорость потока жидкости, ниже которой можно сглаживать числовые данные
`1e-6 kg/s` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/времени

Массовая скорость потока жидкости, ниже которой можно инициировать реверсирование плавного течения, чтобы предотвратить разрывы в данных моделирования.

`Gas volume` — Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

Объем газа, занимающего теплообменник в любой момент времени. Начальные условия, заданные во вкладке Effects and Initial Conditions, применяются к этому объему. Объем является постоянным во время симуляции.

Область `Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Flow в газовых входных отверстиях
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Область потока в газовых входных отверстиях. Входные отверстия A1 и B1 приняты, чтобы быть идентичными в размере.

Вкладка переменных

`Temperature of gas volume` — Температура внутреннего газового объема в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Температура внутреннего объема газа в начале симуляции.

`Pressure of gas volume` — Давление внутреннего газового объема в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

Давление внутреннего объема газа в начале симуляции.

`Density of gas volume` — Плотность внутреннего газового объема в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/объема

Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции.

Документация

Простой интерфейс теплообменника (G)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

`CP` — Изобарная удельная теплоемкость газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

`M` Массовая скорость потока тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

Сохранение

`A` Жидкое открытие
газ

`B` Жидкое открытие
газ

`H` Тепловое условие в жидком входе
тепловой

Параметры

Вкладка падения давления

`Reference inflow temperature` — Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Reference inflow pressure` — Давление, при котором перепад давления свел в таблицу данные, задано
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

`Gas volume` — Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

Область `Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Flow в газовых входных отверстиях
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Вкладка переменных

`Temperature of gas volume` — Температура внутреннего газового объема в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Pressure of gas volume` — Давление внутреннего газового объема в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

`Density of gas volume` — Плотность внутреннего газового объема в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/объема

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2017b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Простой интерфейс теплообменника (G)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

CP — Изобарная удельная теплоемкость газа, kJ/(kg*K) физический сигнал

M Массовая скорость потока тепловой жидкости, kg/s физический сигнал

Сохранение

A Жидкое открытие газ

B Жидкое открытие газ

H Тепловое условие в жидком входе тепловой

Параметры

Вкладка падения давления

Reference inflow temperature — Температура, при которой заданы данные перепада давления 293.15 K (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Reference inflow pressure — Давление, при котором перепад давления свел в таблицу данные, задано 0.101325 MPa (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

Gas volume — Объем газа в теплообменнике 0.01 m^3 (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

Область Cross-sectional area at ports A1 and B1 — Flow в газовых входных отверстиях 0.01 m^2 (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Вкладка переменных

Temperature of gas volume — Температура внутреннего газового объема в начале симуляции 293.15 K (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Pressure of gas volume — Давление внутреннего газового объема в начале симуляции 0.101325 MPa (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

Density of gas volume — Плотность внутреннего газового объема в начале симуляции 1.2 kg/m^3 (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/объема

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Введенный в R2017b

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`CP` — Изобарная удельная теплоемкость газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

`M` Массовая скорость потока тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

`A` Жидкое открытие
газ

`B` Жидкое открытие
газ

`H` Тепловое условие в жидком входе
тепловой

`Reference inflow temperature` — Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Reference inflow pressure` — Давление, при котором перепад давления свел в таблицу данные, задано
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

`Gas volume` — Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

Область `Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Flow в газовых входных отверстиях
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

`Temperature of gas volume` — Температура внутреннего газового объема в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Pressure of gas volume` — Давление внутреннего газового объема в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

`Density of gas volume` — Плотность внутреннего газового объема в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/объема

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.