exponenta event banner

Испаритель конденсатора (TL-2P)

Моделирование теплообмена между тепловой жидкостной сетью и сетью, которая может подвергаться фазовому изменению

  • Библиотека:
  • Интерфейсы сети Simscape/Fluids/Fluid/Теплообменники

Описание

Конденсаторный испаритель (TL-MA) моделирует теплообменник с одной тепловой жидкостной сетью, которая протекает между портами A1 и B1, и одной двухфазной жидкостной сетью, которая протекает между портами A2 и B2. Теплообменник может действовать как конденсатор или как испаритель. Потоки текучей среды могут быть выровнены параллельно, встречно или поперечно.

Пример теплообменника для холодильных установок

Можно моделировать сторону термической жидкости как поток внутри труб, поток вокруг двухфазной трубки текучей среды или с помощью эмпирической общей параметризации.

Блок использует метод Effectivity-NTU (E-NTU) для моделирования теплопередачи через общую стенку. Также моделируется загрязнение стенок теплообменника, которое увеличивает тепловое сопротивление и уменьшает теплообмен между двумя текучими средами. Можно также дополнительно моделировать ребра как на стороне термической жидкости, так и на стороне двухфазной жидкости. Потеря давления из-за вязкого трения с обеих сторон теплообменника может быть смоделирована аналитически или с помощью общей параметризации, которую можно использовать для настройки на собственные данные.

Можно моделировать двухфазную сторону текучей среды как поток внутри трубы или набора труб. Двухфазные трубки для текучей среды используют следующую за границей модель для отслеживания субохлаждаемой жидкости (L), парожидкостной смеси (M) и перегретого пара (V) в трех зонах. Относительная величина пространства, занимаемого зоной в системе, называется дробью длины зоны в системе.

Доли длины зоны в двухфазном трубопроводе текучей среды

Сумма долей длины зоны в двухфазных трубах флюида равна 1. Порт Z возвращает доли длины зоны как вектор физических сигналов для каждой из трех фаз: [L, M, V].

Конфигурация теплообменника

Эффективность теплообменника основана на выбранной конфигурации теплообменника, свойствах жидкости в каждой фазе, геометрии трубы и конфигурации потока на каждой стороне теплообменника, а также использовании и размере ребер.

Расположение потока

Параметр расположения потока задает относительные пути потока между двумя сторонами:

  • Parallel flow указывает, что текучие среды движутся в том же направлении.

  • Counter flow указывает, что жидкости движутся параллельно, но в противоположных направлениях.

  • Cross flow указывает, что жидкости движутся перпендикулярно друг другу.

Термическое смешение

Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Cross flowиспользуйте параметр «Расположение поперечных потоков», чтобы указать, разделены ли двухфазные потоки текучей среды или термической жидкости на несколько путей перегородками или стенками. Без этих разделений поток может свободно смешиваться и считается смешанным. Обе жидкости, одна жидкость или ни одна из них не могут быть смешаны в устройстве поперечного потока. Перемешивание гомогенизирует температуру текучей среды вдоль направления потока второй текучей среды и изменяется перпендикулярно второму потоку текучей среды.

Несмешанные потоки изменяются по температуре как вдоль, так и перпендикулярно пути потока второй текучей среды.

Примеры кросс-поточных конфигураций

Обратите внимание, что направление потока во время моделирования не влияет на выбранную настройку расположения потока. Порты на блоке не отражают физического положения портов в физической теплообменной системе.

Все проточные устройства являются однопроходными, что означает, что текучие среды не совершают многократных поворотов в теплообменнике для дополнительных точек теплопередачи. Для моделирования многопроходного теплообменника можно расположить несколько блоков конденсаторного испарителя (TL-2P) последовательно или параллельно.

Например, для достижения двухпроходной конфигурации на стороне двухфазной жидкости и однопроходной конфигурации на стороне термической жидкости можно соединить последовательно стороны двухфазной жидкости и стороны термической жидкости с одним и тем же входом параллельно. (например, два блока источника массового расхода с половиной общего массового расхода), как показано ниже.

Геометрия потока

Параметр Геометрия потока (Flow geometry) задает расположение потока термической жидкости как внутри трубы или набора труб или перпендикулярно пучку труб. Можно также указать эмпирическую общую конфигурацию. Двухфазная текучая среда всегда течет внутри трубы или набора труб.

Если для геометрии потока задано значение Flow perpendicular to bank of circular tubes, используйте параметр расположения сетки банка трубок, чтобы определить двухфазное выравнивание пучка трубок текучей среды как Inline или Staggered. Красная стрелка, направленная вниз, указывает направление потока термической жидкости. На рисунке Inline также показано количество рядов труб вдоль направления потока и количество сегментов труб в параметрах каждого ряда труб. Здесь направление потока относится к потоку термической жидкости, а труба относится к двухфазной трубке для текучей среды. Параметр Длина каждого сегмента трубы в ряду труб показан на рисунке в шахматном порядке.

Плавники

Конфигурация теплообменника не имеет ребер, если для параметра Общая площадь поверхности ребер установлено значение 0 m^2. Ребра вводят дополнительную площадь поверхности для дополнительной теплопередачи. Каждая сторона текучей среды имеет отдельную область ребер.

Эффективность - теплопередача NTU

Скорость теплопередачи рассчитывают для каждой фазы текучей среды. В соответствии с тремя жидкостными зонами, которые возникают на двухфазной жидкостной стороне теплообменника, скорость теплопередачи вычисляется в трех секциях.

Теплопередача в зоне рассчитывается как:

Qzone=ϵCMin (TIn, 2P TIn, TL),

где:

  • CMin является меньшей из скоростей теплоемкости двух текучих сред в этой зоне. Скорость теплопроизводительности является произведением удельного тепла текучей среды, cp и массового расхода текучей среды. CMin всегда положительный.

  • TIn,2P - температура зоны на входе двухфазной текучей среды.

  • TIn, TL - температура зоны на входе термической жидкости.

  • λ - эффективность теплообменника.

Эффективность является функцией скорости теплопроизводительности и количества узлов передачи, NTU, а также изменяется в зависимости от расположения потока теплообменника, что более подробно обсуждается в разделе Эффективность по устройству потока. NTU рассчитывается как:

NTU = zCMinR,

где:

  • z - доля длины отдельной зоны.

  • R - общее тепловое сопротивление между двумя потоками вследствие конвекции, проводимости и любого загрязнения стенок трубы:

    R = 1U2PATh, 2P + F2PATh, 2P + RW + FTLATh, TL + 1UTLATh, TL,

    где:

    • U - коэффициент конвективной теплопередачи соответствующей текучей среды. Этот коэффициент более подробно обсуждается в двухфазных корреляциях жидкости и тепловых корреляциях жидкости.

    • F - коэффициент обрастания на двухфазной жидкостной или термической жидкостной стороне соответственно.

    • RW - тепловое сопротивление через теплопередающую поверхность.

    • ATh - площадь поверхности теплопередачи соответствующей стороны теплообменника. ATh - сумма площади поверхности стенки AW и общей площади поверхности ребра AF:

      ATh = AW + startFAF,

      где «F» - эффективность Фина.

Общая скорость теплопередачи между текучими средами представляет собой сумму теплоты, передаваемой в трех зонах переохлажденной жидкостью (QL), смесью жидкость-пар (QM) и перегретым паром (QV):

Q=∑QZ=QL+QM+QV.

Эффективность по организации потока

Эффективность теплообменника изменяется в зависимости от его конфигурации потока и смешивания в каждой текучей среде. Ниже приведены составы для определения эффективности, рассчитанные в жидкостной и паровой зонах для каждой конфигурации. Эффективность - ε = 1−exp (−NTU) для всех конфигураций в зоне смеси.

  • Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Parallel flow:

    ϵ=1−exp[−NTU (1 + CR)] 1 + CR

  • Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Counter flow:

    ϵ=1−exp[−NTU (1 CR)] 1 − CRexp [NTU (1 − CR)]

  • Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Cross flow и расположение поперечных потоков установлено в Both fluids unmixed:

    ϵ=1−exp{NTU0.22CR[exp (CRNTU0.78) 1]}

  • Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Cross flow и расположение поперечных потоков установлено в Both fluids mixed:

    ϵ=[11−exp (NTU) + CR1 exp (CRNTU) − 1NTU] − 1

Когда одна текучая среда смешивается, а другая не смешивается, уравнение эффективности зависит от относительной теплоемкости текучих сред. Если для параметра «Расположение потока» установлено значение Cross flow и расположение поперечных потоков установлено на Thermal Liquid 1 mixed & Two-Phase Fluid 2 unmixed или Thermal Liquid 1 unmixed & Two-Phase Fluid 2 mixed:

  • Когда жидкость с Cmax смешивается и жидкость с Cmin размешивается:

    ϵ=1CR (1 exp {CR {1 exp (− NTU)}})

  • Когда жидкость с Cmin смешивается и жидкость с Cmax не смешивается:

    ϵ=1−exp{−1CR[1−exp (CRNTU)]}

CR обозначает отношение между скоростями теплоемкости двух текучих сред:

CR = CMinCMax.

Двухфазные корреляции жидкости

Коэффициент теплопередачи

Коэффициент конвективной теплопередачи изменяется в соответствии с числом Нусельта жидкости:

U = NukDH,

где:

  • Nu - среднее зональное число Нуссельта, которое зависит от режима потока.

  • k - теплопроводность жидкой фазы.

  • DH - гидравлический диаметр трубы.

Для турбулентных потоков в переохлажденных жидкостных или перегретых паровых зонах рассчитывают число Нуссельта с корреляцией Гниелинского:

Nu = fD8 (Re − 1000) Pr1 + 12 .7f8 (Pr2/3 − 1),

где:

  • Re - жидкостное число Рейнольдса.

  • Pr - число Прандтля жидкости.

Для турбулентных потоков в зоне парожидкостной смеси вычисляют число Нуссельта с корреляцией Каваллини - Зекчина:

Nu = aReSLbPrSLc {[(αSLαSV − 1) xOut + 1] 1 + b [(αSLαSV 1) xIn + 1] 1 + b} (1 + b) (αSLαSV − 1) (xOut − xIn).

где:

  • ReSL - число Рейнольдса насыщенной жидкости.

  • PrSL - число Прандтля насыщенной жидкости.

  • αSL - плотность насыщенной жидкости.

  • δSV - плотность насыщенного пара.

  • a = 0,05, b = 0,8 и c = 0,33.

Для ламинарных потоков число Нуссельта задается параметром числа Нуссельта потока Ламинара.

Для переходных потоков число Нуссельта представляет собой смешение между ламинарными и турбулентными числами Нуссельта.

Эмпирическая формулировка числа Нуссельта

Если для параметра модели коэффициента теплопередачи установлено значение Colburn equationчисло Нусельта для зон переохлажденной жидкости и перегретого пара вычисляется эмпирическим уравнением Колберна:

Nu = aRebPrc,

где a, b и c определены в коэффициентах [a, b, c] для a * Re ^ b * Pr ^ c в зоне жидкости и коэффициентах [a, b, c] для a * Re * b * Pr ^ c в параметрах паровой зоны.

Число Нуссельта для зон смеси жидкость-пар вычисляется уравнением Каваллини-Зекчина с коэффициентами, указанными в коэффициентах [a, b, c] для параметра * Re ^ b * Pr ^ c в зоне смеси.

Потеря давления

Потеря давления из-за вязкого трения изменяется в зависимости от режима потока и конфигурации. В расчете используется общая плотность, которая представляет собой общую двухфазную массу текучей среды, деленную на общий двухфазный объем текучей среды.

Для турбулентных потоков, когда число Рейнольдса выше предела числа турбулентного потока ниже Рейнольдса, потери давления из-за трения вычисляются в терминах коэффициента трения Дарси. Перепад давления между портом A2 и внутренним узлом I2:

pA2−pI2=fD,Am˙A2|m˙A2|2ρDHACS2 (L + LAdd2),

где:

  • m˙A2 - общий расход через порт A2.

  • fD, A - коэффициент трения Дарси, согласно корреляции Хааланда :

    fD, A2 = {− 1 .8log10 [6 .9ReA2 + (ϵR3.7DH) 1,11]} -2,

    где αR - абсолютная шероховатость внутренней поверхности двухфазной трубы для текучей среды. Следует отметить, что коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса и рассчитывается в обоих окнах для каждой жидкости.

  • L - общая длина каждой трубки на двухфазной стороне текучей среды.

  • LAdd представляет собой эквивалентную длину локального сопротивления двухфазной текучей среды, которая представляет собой эквивалентную длину трубки, которая вносит такую же величину потерь, как и сумма потерь, обусловленных другими локальными сопротивлениями в трубке.

  • ACS - общая площадь поперечного сечения трубы.

Перепад давления между портом B2 и внутренним узлом I2:

pB2−pI2=fD,Bm˙B2|m˙B2|2ρDHACS2 (L + LAdd2),

где m˙B2 - общий расход через порт B2.

Коэффициент трения Дарси в порту B2:

fD, B2 = {− 1 .8log10 [6 .9ReB2 + (ϵR3.7DH) 1,11]} -2.

Для ламинарных потоков, когда число Рейнольдса ниже верхнего предела числа Рейнольдса потока Ламинара, потери давления из-за трения вычисляются в терминах постоянной трения Ламинара для коэффициента трения Дарси, λ. λ - определяемый пользователем параметр, если для параметра «Сечение трубы» установлено значение Genericв противном случае значение вычисляется внутренне. Перепад давления между портом A2 и внутренним узлом I2:

pA2−pI2=λμm˙A22ρDH2ACS (L + LAdd2),

где λ - двухфазная динамическая вязкость текучей среды. Перепад давления между портом B2 и внутренним узлом I2:

pB2−pI2=λμm˙B22ρDH2ACS (L + LAdd2).

Для переходных потоков перепад давления, обусловленный вязким трением, представляет собой сглаженную смесь между значениями ламинарных и турбулентных потерь давления.

Эмпирическая формула потери давления

Если для модели потери давления установлено значение Pressure loss coefficient, потери давления из-за вязкого трения вычисляются с эмпирическим коэффициентом потери давления,

Перепад давления между портом A2 и внутренним узлом I2:

pA2−pI2=12ξm˙A2|m˙A2|2ρACS2.

Перепад давления между портом B2 и внутренним узлом I2:

pB2−pI2=12ξm˙B2|m˙B2|2ρACS2.

Корреляции термической жидкости

Коэффициент теплопередачи для потоков внутри одной или нескольких труб

Если для геометрии потока тепловой жидкости задано значение Flow inside one or more tubes, число Нусельта вычисляется согласно корреляции Гниелинского таким же образом, как двухфазная переохлажденная жидкость или перегретый пар. Дополнительные сведения см. в разделе Коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи для потоков через трубный банк

Если для геометрии потока тепловой жидкости задано значение Flow perpendicular to bank of circular tubes, число Нуссельта рассчитывается на основе числа Хагена, Hg, и зависит от настройки расположения сетки банка Тюбик:

Nu = {0 .404Lq1/3 (Re + 1Re + 1000) 0,1, Inline0,404 Lq1/3, в шахматном порядке

где:

Lq = {1 18Pr (4lT/π DlL) Hg (Re), Inline0.92Pr (4lT/π DlD) Hg (Re), в шахматном порядке с lL≥D0.92Pr (4lTlL/π D2lLlD) Hg (Re), в шахматном порядке с lL < D

  • D - наружный диаметр трубы.

  • 1L - продольный шаг трубы (вдоль направления потока), расстояние между центрами трубы вдоль направления потока. Направление потока относится к потоку термической жидкости.

  • lT - поперечный шаг трубы (перпендикулярно направлению потока), показанный на рисунке ниже. Поперечный шаг представляет собой расстояние между центрами двухфазной жидкостной трубки в одном ряду.

  • lD - расстояние между диагональными трубами, рассчитанное как lD = (lT2) 2 + lL2.

Для получения дополнительной информации о вычислении номера Hagen см. [3].

Продольные и поперечные расстояния наклона одинаковы для обоих типов расположения групп решеток.

Поперечное сечение двухфазной трубки текучей среды с измерениями шага

Эмпирическая форумуляция числа Нуссельта

Если для модели коэффициента теплопередачи установлено значение Colburn equation или если для геометрии потока задано значение Generic, число Нуссельта вычисляется эмпирическим уравнением Колберна:

Nu = aRebPrc,

где a, b и c - значения, определенные в коэффициентах [a, b, c] для параметра * Re ^ b * Pr ^ c.

Потеря давления для потока внутри труб

Если для геометрии потока тепловой жидкости задано значение Flow inside one or more tubesпотери давления вычисляются таким же образом, как и для двухфазных потоков, с соответствующим коэффициентом трения Дарси, плотностью, массовыми скоростями потока и длинами труб стороны термической жидкости. Для получения дополнительной информации см. раздел Потеря давления.

Потеря давления для потока через банки труб

Если для геометрии потока тепловой жидкости задано значение Flow perpendicular to bank of circular tubes, число Хагена используется для расчета потери давления из-за вязкого трения. Перепад давления между портом A1 и внутренним узлом I1:

pA1 pI1 = 12μ2NRρD2Hg (Re),

где:

  • мкТЛ - динамическая вязкость жидкости.

  • NR - количество рядов труб вдоль направления потока. Это количество рядов двухфазных трубок для текучей среды вдоль направления потока термической жидкости.

Перепад давления между портом B1 и внутренним узлом I1:

pB1 pI1 = 12μ2NRρD2Hg (Re).

Эмпирическая формула потери давления

Если для модели потери давления задано значение Euler number per tube row или если для геометрии потока задано значение Generic, потеря давления из-за вязкого трения рассчитывается с коэффициентом потери давления, в терминах числа Эйлера, Eu:

Eu =ξNR,

где λ - эмпирический коэффициент потери давления.

Перепад давления между портом A1 и внутренним узлом I1:

pA1−pI1=12NREum˙A1|m˙A1|2ρACS2.

Перепад давления между портом B1 и внутренним узлом I1:

pB1−pI1=12NREum˙B1|m˙B1|2ρACS2.

Уравнения сохранения

Двухфазная текучая среда

Суммарная скорость накопления массы в двухфазной текучей среде определяется как:

dM2Pdt=m˙A2+m˙B2,

где:

  • M2P - общая масса двухфазной текучей среды.

  • m˙A2 - массовый расход жидкости в канале A2.

  • m˙B2 - массовый расход жидкости в канале B2.

Поток является положительным при протекании в блок через порт.

Уравнение энергосбережения связывает изменение удельной внутренней энергии с теплопередачей текучей средой:

M2Pdu2Pdt + u2P (m˙A2+m˙B2) = ϕA2 + ϕB2 − Q,

где:

  • u2P - двухфазная внутренняя энергия, специфическая для текучей среды.

  • φA2 - расход энергии в порту A2.

  • φB2 - расход энергии в порту B2.

  • Q - скорость теплопередачи, которая положительна при выходе из двухфазного объема текучей среды.

Термическая жидкость

Суммарная скорость накопления массы в термической жидкости определяется как:

dMTLdt=m˙A1+m˙B1.

Уравнение энергосбережения:

MTLduTLdt + uTL (m˙A1+m˙B1) = ϕA1 + ϕB1 + Q,

где:

  • ϕA1 - расход энергии в порту A1.

  • ϕB1 - расход энергии в порту B1.

Теплота, передаваемая к термической жидкости или от нее, Q, равна теплоте, передаваемой от или к двухфазной текучей среде.

Порты

Сохранение

развернуть все

Входное или выходное отверстие, связанное с термической жидкостью.

Входное или выходное отверстие, связанное с термической жидкостью.

Входное или выходное отверстие, связанное с двухфазной текучей средой.

Входное или выходное отверстие, связанное с двухфазной текучей средой.

Продукция

развернуть все

Трехэлементный вектор долей длины зоны в двухфазном канале текучей среды, возвращаемый как физический сигнал. Вектор принимает форму [L, M, V], где L - субохлаждаемая жидкость, М - смесь жидкость-пар, а V - перегретый пар.

Параметры

развернуть все

Конфигурация

Выравнивание пути потока между сторонами теплообменника. Имеются следующие схемы потоков:

  • Parallel flow. Потоки проходят в одном направлении.

  • Counter flow. Потоки проходят параллельно друг другу, в противоположных направлениях.

  • Cross flow. Потоки проходят перпендикулярно друг другу.

Выберите, может ли каждая из жидкостей смешиваться в своем канале. Смешанный поток означает, что текучая среда может свободно перемещаться в поперечном направлении, когда она движется вдоль пути потока. Несмешанный поток означает, что текучая среда ограничена для перемещения только вдоль пути потока. Например, сторона с ребрами считается несмешанным потоком.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Расположение потока значение Cross flow.

Тепловое сопротивление стенки, разделяющей две стороны теплообменника. Тепловое сопротивление стенки, загрязнение стенки и коэффициент конвективной теплопередачи текучей среды влияют на количество тепла, передаваемого между потоками.

Площадь потока в отверстии для термической жидкости A1.

Площадь потока в отверстии для термической жидкости B1.

Площадь потока в двухфазном отверстии для текучей среды A2.

Площадь потока в двухфазном отверстии для текучей среды B2.

Термическая жидкость 1

Путь потока термической жидкости. Поток может проходить снаружи по набору труб или внутри трубы или набора труб. Можно также задать базовую параметризацию на основе эмпирических значений.

Количество тепловых жидкостных трубок. Большее количество труб приводит к более высоким потерям давления из-за вязкого трения, но большей площади поверхности для теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes.

Общая длина каждой трубки термической жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes.

Форма поперечного сечения одной трубки. Установить в значение Generic для задания произвольной геометрии поперечного сечения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes.

Внутренний диаметр поперечного сечения одной трубки. Поперечное сечение и диаметр однородны вдоль трубы. Размер диаметра влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Circular.

Внутренняя ширина поперечного сечения одной трубки. Поперечное сечение и ширина однородны вдоль трубы. Ширина и высота влияют на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Rectangular.

Внутренняя высота одной трубки. Поперечное сечение и высота однородны вдоль трубы. Ширина и высота влияют на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте параметризацию геометрии потока Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Rectangular.

Меньший диаметр кольцевого сечения одной трубы. Поперечное сечение и внутренний диаметр однородны вдоль трубы. Внутренний диаметр влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи. Теплопередача происходит через внутреннюю поверхность кольцевого пространства.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте параметризацию геометрии потока Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Annular.

Больший диаметр кольцевого сечения одной трубы. Поперечное сечение и наружный диаметр однородны вдоль трубы. Внешний диаметр влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Annular.

Внутренняя площадь потока каждой трубки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Generic.

Периметр поперечного сечения трубы, к которому прикасается текучая среда. Поперечное сечение и периметр однородны вдоль трубы. Это значение применяется в расчетах потерь давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Generic.

Периметр трубы для расчетов теплопередачи. Это часто совпадает с периметром трубы, но в таких случаях, как кольцевое поперечное сечение, это может быть только внутренний или внешний диаметр, в зависимости от теплопередающей поверхности. Поперечное сечение и периметр трубы однородны вдоль трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и поперечное сечение трубы в Generic.

СПОСОБ РАСЧЕТА ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ ИЗ-ЗА ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ. Для различных конфигураций потока доступны различные модели. Параметры настройки:

  • Correlation for flow inside tubes. Эта настройка используется для вычисления потери давления с корреляцией Хааланда.

  • Pressure loss coefficient. Эта настройка используется для вычисления потерь давления на основе эмпирического коэффициента потерь.

  • Euler number per tube row. Эта настройка используется для расчета потери давления на основе эмпирического числа Эйлера.

  • Correlation for flow over tube bank. Эта настройка используется для расчета потери давления на основе числа Хагена.

Доступные модели потерь давления зависят от настройки геометрии потока.

Зависимости

Если для геометрии потока задано значение Flow inside one or more tubes, Модель потери давления может быть установлена на:

  • Pressure loss coefficient.

  • Correlation for flow inside tubes.

Если для геометрии потока задано значение Flow perpendicular to bank of circular tubes, Модель потери давления может быть установлена на:

  • Correlation for flow over tube bank.

  • Euler number per tube row.

Если для геометрии потока задано значение Generic, параметр модели потери давления отключен. Потеря давления рассчитывается эмпирически с помощью параметра Коэффициент потери давления, delta_p/ (0,5 * rho * v ^ 2).

Эмпирический коэффициент потерь для всех потерь давления в канале. Это значение учитывает трение стенки и незначительные потери из-за изгибов, колен и других изменений геометрии в канале.

Коэффициент потерь можно рассчитать по номинальному рабочему условию или настроить на соответствие экспериментальным данным. Он определяется как:

δ = Δp12αv2,

где Δp - перепад давления, start- плотность термической жидкости, v - скорость потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Геометрия потока в Flow inside one or more tubes и модель потери давления Pressure loss coefficient.

  • Геометрия потока в Generic.

Суммарная длина всех локальных сопротивлений в трубках. Это длина трубы, которая приводит к тем же потерям давления, что и сумма всех незначительных потерь в трубе из-за таких вещей, как изгибы, тройники или штуцеры. Увеличение эквивалентной длины приводит к большим потерям давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и модель потери давления Correlations for flow inside tubes.

Средняя высота дефектов поверхности трубы. Более грубая стенка приводит к большим потерям давления в турбулентном режиме для потерь давления, рассчитанных с помощью корреляции Хааланда.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и либо:

  • Модель потери давления

  • Модель коэффициента теплопередачи

кому Correlation for flow inside tubes.

Наибольшее число Рейнольдса, указывающее на ламинарный поток. Между этим значением и более низким пределом числа Рейнольдса турбулентного потока режим потока является переходным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и модель потери давления Correlation for flow inside tubes.

Наименьшее число Рейнольдса, указывающее на турбулентный поток. Между этим значением и верхним пределом числа Рейнольдса потока Ламинара режим потока является переходным между ламинарным и турбулентным режимами.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes и модель потери давления Correlation for flow inside tubes.

Коэффициент в уравнениях потерь давления для вязкого трения в ламинарных потоках. Этот параметр также называется коэффициентом формы. Значение по умолчанию соответствует сечению круглой трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Correlation for flow inside tubes, Сечение трубы по Genericи модель потери давления для Correlation for flow inside tubes.

СПОСОБ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ МЕЖДУ ЖИДКОСТЬЮ И СТЕНКОЙ. Доступны следующие параметры:

  • Colburn equation. Эта настройка используется для вычисления коэффициента теплопередачи с пользовательскими переменными a, b и c уравнения Колберна.

  • Correlation for flow over tube bank. Эта настройка используется для вычисления коэффициента теплопередачи на основе корреляции пучка труб с использованием числа Хагена.

  • Correlation for flow inside tubes. Эта настройка используется для вычисления коэффициента теплопередачи для трубных потоков с корреляцией Гниелински.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для геометрии потока значение:

  • Flow perpendicular to bank of circular tubes.

  • Flow inside one or more tubes.

Трехэлементный вектор, содержащий эмпирические коэффициенты уравнения Колберна. Уравнение Колберна является формулировкой для вычисления числа Нуссельта. Общая форма уравнения Колберна:

Nu = aRebPrc.

Если для модели коэффициента теплопередачи установлено значение Colburn equation и геометрия потока имеет значение Flow inside one or more tubesили геометрия потока имеет значение Generic, уравнение Колберна по умолчанию:

Nu = 0,023Re0,8Pr1/3.

Если для модели коэффициента теплопередачи установлено значение Colburn equation и геометрия потока имеет значение Flow perpendicular to bank of circular tubes, уравнение Колберна по умолчанию:

Nu = 0,27Re0,63Pr0,36.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  1. Перетекание геометрии в:

    • Flow inside one or more tubes

    • Flow perpendicular to bank of circular tubes

    и модель коэффициента теплопередачи Colburn equation.

  2. Геометрия потока в Generic.

Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме потока. Количество Нусельта в жидкости влияет на скорость теплопередачи и зависит от поперечного сечения трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow inside one or more tubes, Сечение трубы по Genericи параметризация теплопередачи в Correlation for flow inside tubes.

Выравнивание трубок в пучке трубок. Строки находятся либо в одной линии с соседями, либо в шахматном порядке.

  • InlineВсе ряды труб расположены непосредственно друг за другом.

  • StaggeredТрубы одного ряда труб расположены в зазоре между трубами предыдущего ряда труб.

Центровка труб влияет на число Нуссельта и скорость теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Количество двухфазных рядов труб для текучей среды в пучке труб. Ряды совмещены с направлением потока термической жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметр Геометрия потока (Flow geometry). Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Количество двухфазных трубок для текучей среды в каждом ряду набора трубок. Это измерение перпендикулярно потоку термической жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Длина каждой трубки, охватывающей ряд труб. Все трубки в пучке труб имеют одинаковую длину.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Наружный диаметр двухфазной трубки для текучей среды. Поперечное сечение однородно вдоль трубы и поэтому диаметр постоянен на всем протяжении. Эта величина влияет на потери в потоке через пучок труб из-за вязкого трения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Расстояние между центрами труб двухфазных трубок для текучей среды, совпадающее с направлением потока термической жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Расстояние между центрами труб в ряду двухфазных трубок для текучей среды. Это измерение перпендикулярно направлению потока термической жидкости. Дополнительные сведения см. в разделе Коэффициент теплопередачи для потоков через трубный банк.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes.

Эмпирический коэффициент для перепада давления в одном ряду труб. Число Эйлера представляет собой соотношение между падением давления и импульсом текучей среды:

Eu = ΔpN12αv2,

где N - Число рядов труб вдоль направления потока, Δp - перепад давления,

Каждый ряд труб расположен в плоскости, перпендикулярной потоку термической жидкости.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Flow perpendicular to bank of circular tubes и модель потери давления Euler number per tube row.

Наименьшая суммарная площадь потока между входом и выходом. Если канал представляет собой совокупность каналов, труб, пазов или канавок, минимальная площадь свободного потока равна сумме наименьших площадей.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Generic.

Общая площадь поверхности теплопередачи, за исключением ребер.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Generic.

Общий объем тепловой жидкости в теплообменнике.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Геометрия потока значение Generic.

Дополнительное тепловое сопротивление за счет обрастания слоев на поверхностях стенки. В реальных системах обрастающие отложения со временем растут. Однако рост происходит достаточно медленно, чтобы его можно было считать постоянным во время моделирования.

Общая площадь теплопередающей поверхности обеих сторон всех ребер. Например, если ребро прямоугольное, площадь поверхности вдвое превышает площадь прямоугольника.

Общая площадь поверхности теплопередачи представляет собой сумму площади поверхности канала и эффективной площади поверхности плавника, которая является результатом эффективности плавника и общей площади поверхности плавника.

Отношение фактической теплопередачи к идеальной теплопередаче через ребра.

Термическое давление жидкости в начале моделирования.

Температура в канале термической жидкости в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднюю начальную температуру в канале. Векторное значение представляет начальную температуру на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Двухфазная текучая среда 2

Количество двухфазных жидкостных трубок.

Общая длина каждой двухфазной трубки для текучей среды.

Форма поперечного сечения трубки. Использовать Generic для задания произвольной геометрии поперечного сечения.

Внутренний диаметр поперечного сечения одной трубки. Поперечное сечение и диаметр однородны вдоль трубы. Размер диаметра влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Circular.

Внутренняя ширина поперечного сечения одной трубки. Поперечное сечение и ширина однородны вдоль трубы. Ширина и высота влияют на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Rectangular.

Внутренняя высота одной трубки. Поперечное сечение и высота однородны вдоль трубы. Ширина и высота влияют на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Rectangular.

Меньший диаметр кольцевого сечения одной трубы. Поперечное сечение и внутренний диаметр однородны вдоль трубы. Внутренний диаметр влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи. Теплопередача происходит через внутреннюю поверхность кольцевого пространства.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Annular.

Больший диаметр кольцевого сечения одной трубы. Поперечное сечение и наружный диаметр однородны вдоль трубы. Внешний диаметр влияет на расчеты потерь давления и теплопередачи.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Annular.

Внутренняя площадь потока каждой трубки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Generic.

Периметр поперечного сечения трубы, к которому прикасается текучая среда. Поперечное сечение и периметр однородны вдоль трубы. Это значение применяется в расчетах потерь давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Generic.

Периметр трубы для расчетов теплопередачи. Это часто совпадает с периметром трубы, но в таких случаях, как кольцевое поперечное сечение, это может быть только внутренний или внешний диаметр, в зависимости от теплопередающей поверхности. Поперечное сечение и периметр трубы однородны вдоль трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра «Сечение трубы» значение Generic.

СПОСОБ РАСЧЕТА ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ ИЗ-ЗА ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ. Параметры настройки:

  • Pressure loss coefficient. Эта настройка используется для вычисления потерь давления на основе эмпирического коэффициента потерь.

  • Correlation for flow inside tubes. Эта настройка используется для расчета потерь давления на основе корреляции потока в трубе.

Эмпирический коэффициент потерь для всех потерь давления в канале. Это значение учитывает трение стенки и незначительные потери из-за изгибов, колен и других изменений геометрии в канале.

Коэффициент потерь можно рассчитать по номинальному рабочему условию или настроить на соответствие экспериментальным данным. Он определяется как:

δ = Δp12αv2,

где Δp - перепад давления, start- двухфазная плотность текучей среды, v - скорость потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели потери давления значение Pressure loss coefficient.

Суммарная длина всех локальных сопротивлений в трубках. Это длина трубы, которая приводит к тем же потерям давления, что и сумма всех незначительных потерь в трубе из-за таких вещей, как изгибы, тройники или штуцеры. Увеличение эквивалентной длины приводит к большим потерям давления.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели потери давления значение Correlation for flow inside tubes.

Средняя высота дефектов поверхности трубы. Более грубая стенка приводит к большим потерям давления в турбулентном режиме для потерь давления, рассчитанных с помощью корреляции Хааланда.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите один из следующих параметров:

  • Модель потери давления

  • Модель коэффициента теплопередачи

кому Correlation for flow inside tubes.

Наибольшее число Рейнольдса, указывающее на ламинарный поток. Между этим значением и более низким числом Рейнольдса турбулентного потока режим потока является переходным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели потери давления значение Correlations for tubes.

Наименьшее число Рейнольдса, указывающее на турбулентный поток. Между этим значением и верхним пределом числа Рейнольдса потока Ламинара режим потока является переходным.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели потери давления значение Correlations for tubes.

Коэффициент в уравнениях потерь давления для вязкого трения в ламинарных потоках. Этот параметр также может быть известен как коэффициент формы. Значение по умолчанию соответствует сечению круглой трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели потери давления значение Correlations for tubes.

СПОСОБ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ МЕЖДУ ЖИДКОСТЬЮ И СТЕНКОЙ. Доступны следующие параметры:

  • Colburn equation. Используйте эту настройку для вычисления коэффициента теплопередачи с пользовательскими переменными a, b и C. В жидкостной и паровой зонах коэффициент теплопередачи основан на уравнении Колберна. В зоне смеси жидкость-пар коэффициент теплопередачи основан на уравнении Каваллини - Зекчина.

  • Correlation for flow inside tubes. Эта настройка используется для расчета коэффициента теплопередачи для трубных потоков. В жидкостной и паровой зонах коэффициент теплопередачи рассчитывается с корреляцией Гниелински. В зоне смеси жидкость-пар коэффициент теплопередачи вычисляется с помощью уравнения Каваллини-Зекчина.

Трехэлементный вектор, содержащий эмпирические коэффициенты уравнения Колберна. Каждая зона флюида имеет отдельное число Нуссельта, которое вычисляется уравнением Колберна для каждой зоны. Общая форма уравнения Колберна:

Nu = aRebPrc.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Модель коэффициента теплопередачи значение Colburn equation.

Трёхэлементный вектор, содержащий эмпирические коэффициенты уравнения Каваллини - Зеккина. Каждая зона флюида имеет отдельное число Нуссельта, которое вычисляется в зоне смеси уравнением Каваллини-Зекчина:

Nu = aReSLbPrSLc {[(αSLαSV − 1) xOut + 1] 1 + b [(αSLαSV 1) xIn + 1] 1 + b} (1 + b) (αSLαSV − 1) (xOut − xIn).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Модель коэффициента теплопередачи значение Colburn equation.

Трехэлементный вектор, содержащий эмпирические коэффициенты уравнения Колберна. Каждая зона флюида имеет отдельное число Нуссельта, которое вычисляется уравнением Колберна для каждой зоны. Общая форма уравнения Колберна:

Nu = aRebPrc.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Модель коэффициента теплопередачи значение Colburn equation.

Соотношение конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме потока. Количество Нусельта в жидкости влияет на скорость теплопередачи и зависит от поперечного сечения трубы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Модель коэффициента теплопередачи значение Correlation for flow inside tubes.

Дополнительное тепловое сопротивление за счет обрастания слоев на поверхностях стенки. В реальных системах обрастающие отложения растут с течением времени, однако рост происходит достаточно медленно, чтобы во время моделирования можно было считать его постоянным.

Общая площадь теплопередающей поверхности обеих сторон всех ребер. Например, если ребро прямоугольное, площадь поверхности вдвое превышает площадь прямоугольника.

Общая площадь поверхности теплопередачи представляет собой сумму площади поверхности канала и эффективной площади поверхности плавника, которая является результатом эффективности плавника и общей площади поверхности плавника.

Отношение фактической теплопередачи к идеальной теплопередаче через ребра.

Количество, используемое для описания начального состояния жидкости: температура, качество пара, паровая доля пустот, специфическая энтальпия или специфическая внутренняя энергия.

Давление жидкости в начале моделирования.

Температура в двухфазном канале флюида в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднюю начальную температуру в канале. Векторное значение представляет начальную температуру на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Начальная спецификация энергии текучей среды значение Temperature.

Массовая доля пара в двухфазном канале текучей среды в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднее начальное качество пара в канале. Векторное значение представляет начальное качество пара на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Начальная спецификация энергии текучей среды значение Vapor quality.

Объемная доля пара в двухфазном канале текучей среды в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднюю начальную долю пустот в канале. Значение вектора представляет начальную долю пустот на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Начальная спецификация энергии текучей среды значение Vapor void fraction.

Энтальпия на единицу массы в двухфазном канале текучей среды в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднюю начальную специфическую энтальпию в канале. Векторное значение представляет начальную специфическую энтальпию на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Начальная спецификация энергии текучей среды значение Specific enthalpy.

Внутренняя энергия на единицу массы в двухфазном канале текучей среды в начале моделирования. Этот параметр может быть скалярным или двухэлементным вектором. Скалярное значение представляет среднюю начальную удельную внутреннюю энергию в канале. Значение вектора представляет начальную специфическую внутреннюю энергию на входе и выходе в форме [inlet, outlet]. Блок вычисляет линейный градиент между двумя портами. Впускное и выпускное отверстия идентифицируются в соответствии с начальным направлением потока.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Начальная спецификация энергии текучей среды значение Specific internal energy.

Ссылки

[1] Справочник ASHRAE 2013 - Основы. Американское общество инженеров отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха, Inc., 2013.

[2] Ченгель, Юнус А. Тепломассоперенос: практический подход. 3-е изд., Макгро-Хилл, 2007.

[3] Шах, Р. К. и Душан П. Секулич. Основы проектирования теплообменников. Джон Уайли и сыновья, 2003.

[4] Уайт, Фрэнк М. Механика жидкости. 6-е изд., Макгро-Хилл, 2009.

Представлен в R2020b