Простой интерфейс теплообменника (TL)

Тепловой интерфейс между тепловой жидкостью и ее средой

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

Описание

Блок Simple Heat Exchanger Interface (TL) моделирует перепад давления и изменение температуры в тепловой жидкости, когда это пересекает длину теплового интерфейса, такого как обеспеченный теплообменником. Теплопередача через тепловой интерфейс проигнорирована. См. составную блок-схему блока Simple Heat Exchanger (TL-TL) 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. Включена ли сжимаемость в вычисления блока, зависит от установки параметра Thermal Liquid dynamic compressibility во вкладке Effects and Initial Conditions:

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = {\begin{array}{l} (\frac{d p}{d t} \frac{1}{β} - \frac{d T}{d t} α) ρ V, & если T h e r m a l L i q u i d d y n a m i c c o m p r e s s i b i l i t y включен \\ 0, & в противном случае \end{array},$

где:

$\dot{m}$ _* массовые скорости потока жидкости в через тепловые жидкие порты.
p является внутренним жидким давлением.
T является внутренней жидкой температурой.
ɑ является изобарным тепловым коэффициентом расширения.
β является изотермическим объемным модулем.
ρ является внутренней жидкой плотностью.
V является внутренним жидким объемом.

Если параметр Thermal Liquid dynamic compressibility устанавливается на Off, жидкость обработана как несжимаемая, и массовая скорость потока жидкости в через один тепловой жидкий порт должна точно равняться этому через другой тепловой жидкий порт. Уровень массового накопления является, в этом случае, нулем.

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 тепловые жидкие 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 теплового жидкого порта до другого вычисляется от отдельных перепадов давления от каждого теплового жидкого порта до внутреннего жидкого объема:

$p_{A} - p_{B} = Δ p_{A} - Δ p_{B},$

где:

p_* является жидкими давлениями в тепловых жидких портах.
Δp_* является перепадами давления от тепловых жидких 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 тепловых жидких портах.

Звездочка обозначает тепловой жидкий 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 тепловые жидкие 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 тепловой жидкости, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

Изобарная удельная теплоемкость тепловой жидкости во внутреннем жидком объеме теплового интерфейса.

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

Массовая скорость потока тепловой жидкости во внутренней части теплового 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
тепловая жидкость

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

`B` Жидкое открытие
тепловая жидкость

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

`H` Тепловое условие в жидком входе
тепловой

Тепловой порт раньше устанавливал тепловое условие в тепловом жидком порте, служащем тепловым жидким 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.

`Thermal Liquid volume` — Объем тепловой жидкости в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

Объем тепловой жидкости, занимающей 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 тепловых жидких входных отверстиях
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

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

Эффекты и начальные условия

`Thermal Liquid dynamic compressibility` — Опция к образцовой динамике давления в теплообменнике
`On` (значение по умолчанию) | `Off`

Опция, чтобы смоделировать динамику давления в теплообменнике. Установка этого параметра на Off удаляет условия производной давления из энергии компонента и массовых уравнений сохранения. Давление в теплообменнике затем снижено к взвешенному среднему двух давлений порта.

`Thermal Liquid initial temperature` — Температура в теплообменнике в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Температура внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.

`Thermal Liquid initial pressure` — Давление в теплообменнике в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

Давление внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.

Документация

Простой интерфейс теплообменника (TL)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

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

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

Сохранение

`A` Жидкое открытие
тепловая жидкость

`B` Жидкое открытие
тепловая жидкость

`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

`Thermal Liquid volume` — Объем тепловой жидкости в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

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

Эффекты и начальные условия

`Thermal Liquid dynamic compressibility` — Опция к образцовой динамике давления в теплообменнике
`On` (значение по умолчанию) | `Off`

`Thermal Liquid initial temperature` — Температура в теплообменнике в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Thermal Liquid initial pressure` — Давление в теплообменнике в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

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 (TL)

Описание

Массовый баланс

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

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

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

Сохранение

A Жидкое открытие тепловая жидкость

B Жидкое открытие тепловая жидкость

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

Thermal Liquid volume — Объем тепловой жидкости в теплообменнике 0.01 m^3 (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

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

Эффекты и начальные условия

Thermal Liquid dynamic compressibility — Опция к образцовой динамике давления в теплообменнике On (значение по умолчанию) | Off

Thermal Liquid initial temperature — Температура в теплообменнике в начале симуляции 293.15 K (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

Thermal Liquid initial pressure — Давление в теплообменнике в начале симуляции 0.101325 MPa (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

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 тепловой жидкости, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

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

`A` Жидкое открытие
тепловая жидкость

`B` Жидкое открытие
тепловая жидкость

`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

`Thermal Liquid volume` — Объем тепловой жидкости в теплообменнике
`0.01 m^3` (значение по умолчанию) | скаляр с модулями объема

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

`Thermal Liquid dynamic compressibility` — Опция к образцовой динамике давления в теплообменнике
`On` (значение по умолчанию) | `Off`

`Thermal Liquid initial temperature` — Температура в теплообменнике в начале симуляции
`293.15 K` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами температуры

`Thermal Liquid initial pressure` — Давление в теплообменнике в начале симуляции
`0.101325 MPa` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

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