Simple Heat Exchanger Interface (G)

Тепловой интерфейс между газом и его средой

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Интерфейсы Гидросистемы / 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 массового расхода жидкости от табличных данных, заданных в некотором ссылочном давлении и температуре. Вычисление основано на линейной интерполяции, если массовый расход жидкости в границах табличных данных и на экстраполяции ближайшего соседа в противном случае. Другими словами, соседние точки данных соединяются через прямолинейные сегменты с теми в границах массового расхода жидкости, расширяющих горизонтально исходящий.

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

Вычисления блока используют 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 расходах жидкости ниже заданного порогового значения.

Сглаживание температуры входа ниже порога массового расхода жидкости

Баланс массы

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 объема жидкости теплового интерфейса.
p является внутренним жидким давлением.
T является внутренней температурой жидкости.
$\dot{m}$ _* массовые расходы 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. Никакой работы не происходит над или жидкостью в интерфейсе. Уровень энергетического накопления во внутреннем объеме жидкости 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 объеме жидкости 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 табличных данных, которые вы задаете. Причины перепада давления проигнорированы, кроме влияний, которые они могут оказать на заданные данные. Полный перепад давления от одного газового порта до другого вычисляется от отдельных перепадов давления от каждого газового порта до внутреннего объема жидкости:

$p_{A} - p_{B} = Δ p_{A} - Δ p_{B},$

где:

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

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

Табличные данные заданы в ссылочном давлении и температуре, от которого вычисляется третий параметр ссылки, базовая плотность. Отношение базовой 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 плотностью жидкости 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 порога массового расхода жидкости путем введения гиперболического термина ɑ:

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

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

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

где $\dot{m}$ _{в среднем} среднее значение массовых расходов жидкости через газовые порты и $\dot{m}$ _th является порогом массового расхода жидкости, заданным в диалоговом окне блока. Этот порог определяет ширину области массового расхода жидкости, по которой можно сглаживать плотность жидкости. Средний массовый расход жидкости задан как:

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

Порты

Вывод

развернуть все

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

Изобарная удельная теплоемкость газа во внутреннем объеме жидкости теплового интерфейса.

`M` — Массовый расход жидкости тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

Массовый расход жидкости газа во внутреннем объеме жидкости 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 расходы 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 расходов жидкости, в которых можно задать табличные данные перепада давления.

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

Массив перепадов давления между входным и выходным отверстиями, соответствующих сведенным в таблицу данным о массовом расходе 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 которых табличных данных перепада давления задан
`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, базовую 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` — Массовый расход жидкости, ниже которого можно сглаживать числовые данные
`1e-6 kg/s` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами массы/времени

Массовый расход жидкости, ниже которого 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 в процессе моделирования.

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Площадь потока в газовых входах
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Площадь потока в газовых входах. Входы A1 и B1 приняты, чтобы быть идентичными в размере.

Вкладка переменных

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

Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции.

Документация

Simple Heat Exchanger Interface (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

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

`M` — Массовый расход жидкости 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 которых табличных данных перепада давления задан
`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

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Площадь потока в газовых входах
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Вкладка переменных

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

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

`Density of gas volume` — Плотность внутреннего объема газа 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

Simple Heat Exchanger Interface (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Вывод

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

M — Массовый расход жидкости 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 которых табличных данных перепада давления задан 0.101325 MPa (значение по умолчанию) | скаляр с единицами давления

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

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

Cross-sectional area at ports A1 and B1 — Площадь потока в газовых входах 0.01 m^2 (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

Вкладка переменных

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

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

Density of gas volume — Плотность внутреннего объема газа 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` — Массовый расход жидкости 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 которых табличных данных перепада давления задан
`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

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` — Площадь потока в газовых входах
`0.01 m^2` (значение по умолчанию) | скаляр с единицами площади

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

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

`Density of gas volume` — Плотность внутреннего объема газа 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™.