Подробная модель теплопередачи между двумя общими жидкостями
Гидросистема Соединяет интерфейсом/Нагревает с Компонентами Обменников/Основного принципа
Блок E-NTU Heat Transfer моделирует теплообмен между двумя общими жидкостями на основе стандартного метода NTU эффективности. Жидкие тепловые свойства заданы явным образом через физические сигналы Simscape™. Объединитесь с блоком Heat Exchanger Interface (TL), чтобы смоделировать перепад давления и изменение температуры между входом и выходом теплообменника.
Диалоговое окно блока обеспечивает выбор общих настроек теплообменника. Они включают концентрический трубопровод с параллелью и встречными потоками, интерпретатором-и-трубой с одной или несколькими передачами интерпретатора и поперечным течением со смешанными и несмешанными потоками. Типовая настройка позволяет вам смоделировать другие теплообменники на основе табличных данных об эффективности.
Настройки теплообменника
Модель E-NTU задает уровень теплопередачи между жидкостями 1 и 2 в терминах параметра эффективности ε:
где:
Q 1 и Q 2 является уровнями теплопередачи в жидкий 1 и жидкие 2.
Q Max является максимальным возможным уровнем теплопередачи между жидким 1 и жидкими 2 в данном наборе условий работы.
ε является параметром эффективности.
Максимальный возможный уровень теплопередачи между этими двумя жидкостями
где:
Min C является минимальным значением теплового коэффициента производительности:
T 1, В и T 2, В является входными температурами жидкого 1 и жидких 2.
и массовые расходы жидкости жидкого 1 и жидких 2 в объем теплообменника через вход.
c p, 1 и c p, 2 является коэффициентами удельной теплоемкости при постоянном давлении жидкого 1 и жидких 2. Параметр Minimum fluid-wall heat transfer coefficient в диалоговом окне блока устанавливает нижнюю границу на позволенных значениях коэффициентов теплопередачи.
Вычисления эффективности теплообменника зависят от типа расположения потока, выбранного в диалоговом окне блока. Для всех кроме Generic — effectiveness table
, блок вычисляет тепловую обменную эффективность посредством аналитических выражений, записанных в терминах количества модулей передачи (NTU) и тепловое полное отношение. Количество модулей передачи задано как
где:
NTU является количеством модулей передачи.
U В целом является полным коэффициентом теплопередачи между жидким 1 и жидкими 2.
R В целом является полным тепловым сопротивлением между жидким 1 и жидкими 2.
Тепло A является совокупной областью первичных и вторичных, или поверхностей теплопередачи с плавниками.
Тепловое полное отношение задано как
где:
Рэл C является тепловым полным отношением.
Полный коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление, используемое в вычислении NTU, являются функциями механизмов теплопередачи на работе. Эти механизмы включают конвективную теплопередачу между жидкостями и интерфейсом теплообменника и проводимостью через интерфейсную стенку [2]:
где:
h 1 и h 2 является коэффициентами теплопередачи между жидким 1 и интерфейсной стенкой и между жидкими 2 и интерфейсной стенкой.
Тепло A, 1 и Тепло A, 2 являются площадями поверхности теплопередачи на жидком 1 и жидких 2 сторонах.
Фол R, 1 и Фол R, 2 являются загрязняющимися сопротивлениями на жидком 1 и жидких 2 сторонах.
Стенка R является интерфейсной стенкой тепловое сопротивление.
Теплопередача от жидкого 1 до жидких 2
Таблицы показывают, что некоторые аналитические выражения использовались для расчета эффективности теплообмена [1]. Параметр N отсылает к количеству передач интерпретатора и параметра ε 1 к эффективности для одной передачи интерпретатора.
Концентрические трубы | |
Встречный поток |
|
Параллельный поток |
|
Shell и метро | |
Одна передача интерпретатора и два, четыре, или шесть передач трубы |
|
Shell N передачи и 2N, 4N, или 6N передачи метро |
|
Перекрестный поток (одна передача) | |
Обе несмешанные жидкости |
|
Обе смешанные жидкости |
|
C смешанный Max, несмешанный Min C |
|
C несмешанный Max, смешанный Min C |
|
Потоки являются однофазными. Теплопередача является строго одним из разумного тепла. Передача ограничивается внутренней частью обменника со средой ни получение тепла от, ни обеспечение тепла к потокам — теплообменник является адиабатическим компонентом.
Геометрия теплообменника. Общие конфигурации, которые можно выбрать, включают Parallel or counter flow
, Shell and tube
, и Cross flow
. Выберите Generic — effectiveness table
смоделировать другие конфигурации теплообменника на основе табличных данных об эффективности.
В Parallel or counter flow
настройка, относительные направления потока жидкостей 1 и 2 определяют, основан ли теплообменник на параллели или встречных потоках. Направления потока зависят от остатка от модели Simscape Fluids™.
Число раз поток пересекает интерпретатор перед выходом.
Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Shell and tube
. Значением по умолчанию является 1
, соответствие одной передаче интерпретатора.
Жидкая настройка смешивания. Жидкости могут быть смешаны или не смешаны. Блок использует смесительную настройку, чтобы определить который эмпирические корреляции теплопередачи использовать. Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Cross flow
. Настройкой по умолчанию является Both fluids mixed
.
M- вектор элемента из значений NTU, в которых можно задать табличные данные эффективности. Количество модулей передачи (NTU) является безразмерным параметром, заданным как
где:
A S является площадью поверхности теплопередачи.
U является полным коэффициентом теплопередачи.
Min C является самым маленьким из тепловых коэффициентов производительности для горячих и холодных жидкостей.
Этот параметр отображается только, когда параметр Flow Arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table
. Вектором по умолчанию является [0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0]
.
N- вектор элемента из тепловых полных отношений, в которых можно задать табличные данные эффективности. Тепловое полное отношение является частью
где min C и C макс. являются минимальными и максимальными тепловыми коэффициентами производительности. Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table
. Вектором по умолчанию является [0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0]
.
M-by-N матрица со значениями эффективности теплообменника. Строки матрицы соответствуют различным значениям, заданным в параметре Number of heat transfer units vector, NTU. Столбцы матрицы соответствуют значениям, заданным в параметре Thermal capacity ratio vector, CR.
Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table
. Таблица по умолчанию 6 5 матрица, располагающаяся в значении от 0.30
к 0.99
.
Тепловое сопротивление интерфейсной стенки, разделяющей две жидкости теплообменника. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить уровень теплопередачи между жидкостями. Значением по умолчанию является 1.6e-4
k/W.
Совокупная площадь поверхности для теплопередачи между холодными и горячими жидкостями. Значением по умолчанию является 0.01
м^2.
Эмпирический параметр раньше определял количество увеличенного теплового сопротивления из-за залежей грязи на поверхности теплопередачи. Значением по умолчанию является 1e-4
m^2*K/W.
Наименьшее позволенное значение коэффициента теплопередачи. Коэффициенты теплопередачи, заданные через порты HC1 и HC2 физического сигнала, насыщают в этом значении. Значением по умолчанию является 5
W/(m^2*K).
Блок использует коэффициент теплопередачи, чтобы вычислить уровень теплопередачи между жидкостями 1 и 2 как описано в Уровне Теплопередачи.
H1 — Тепловой порт сохранения сопоставлен с входной температурой жидкого 1
H2 — Тепловой порт сохранения сопоставлен с входной температурой жидких 2
C1 Входной порт физического сигнала для теплового коэффициента производительности жидкого 1
C2 Входной порт физического сигнала для теплового коэффициента производительности жидких 2
HC1 — Входной порт физического сигнала для коэффициента теплопередачи между жидким 1 и интерфейсной стенкой
HC2 — Входной порт физического сигнала для коэффициента теплопередачи между жидкими 2 и интерфейсной стенкой
[1] Холман, J. P. Теплопередача. 9-й редактор Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 2002.
[2] Шах, R. K. и Д. П. Секулик. Основные принципы проекта теплообменника. Хобокен, NJ: John Wiley & Sons, 2003.
Heat Exchanger Interface (G) | Heat Exchanger Interface (TL)