Тепловая граница между термической жидкостью и окружающей средой
Интерфейсы жидкостной сети/Теплообменники/Основные компоненты
Блок интерфейса теплообменника (TL) моделирует перепад давления и изменение температуры между входом тепловой жидкости и выходом тепловой поверхности. Объединение с блоком теплопередачи E-NTU для моделирования скорости теплопередачи по поверхности раздела между двумя жидкостями.
Форма уравнения баланса масс зависит от настройки динамической сжимаемости. Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение Off, уравнение баланса масс
где:
и - массовый расход в интерфейс через порты A и B.
Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение On, уравнение баланса масс
αV,
где:
p - давление объема термической жидкости.
T - температура объема термической жидкости.
α - коэффициент изобарического теплового расширения объема термической жидкости.
β - изотермический объемный модуль объема термической жидкости.
start- массовая плотность объема термической жидкости.
V - объем тепловой жидкости в поверхности раздела теплообменника.
Баланс импульса на границе раздела теплообменника зависит от настройки динамической сжимаемости жидкости. Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение On, коэффициенты баланса импульса во внутреннем давлении интерфейса теплообменника явным образом. Баланс импульса в половине объема между портом A и внутренним узлом интерфейса вычисляется как
ΔpLoss, A,
в то время как в половине тома между портом B и внутренним узлом интерфейса он вычисляется как
ΔpLoss, B,
где:
pA и pB - давления в портах A и B.
p - давление во внутреннем узле интерфейсного тома.
ΔpLoss, A и ΔpLoss, B - потери давления между портом A и внутренним узлом интерфейса и между портом B и внутренним узлом интерфейса.
Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение Off, баланс импульса в объеме интерфейса вычисляется непосредственно между портами A и B как
ΔpLoss, B.
Точная форма терминов потери давления зависит от настройки параметризации потери давления в диалоговом окне блока. Если параметризация потери давления установлена в Constant loss coefficient, потеря давления в половине объема, примыкающей к порту A, составляет
Lossm˙A'm˙A|4ρASMin2,ReA≥ReT,
в то время как в половине тома, смежной с портом B, он
Lossm˙B'm˙B|4ρBSMin2,ReB≥ReT,
где:
мкА и мкВ - динамические вязкости текучей среды в портах А и В.
CPLoss - параметр коэффициента потери давления, заданный в диалоговом окне блока.
ReL - верхняя граница числа Рейнольдса для режима ламинарного потока.
ReT - нижняя граница числа Рейнольдса для режима турбулентного потока.
Dh, p - гидравлический диаметр для расчетов потерь давления.
αA и αB - плотность массы жидкости в портах A и B.
SMin - общая минимальная площадь свободного потока.
Если параметризация потери давления установлена в Correlations for tubes, потеря давления в половине объема, примыкающей к порту A, составляет
4Dh,pm˙A'm˙A'ρASMin2,ReA≥ReT,
в то время как в половине тома, смежной с портом B, он
4Dh,pm˙B'm˙B'ρBSMin2,ReB≥ReT,
где:
Lpress - длина пути потока от входа до выхода.
Ladd - совокупная эквивалентная длина локальных сопротивлений.
fT, A и fT, B - факторы трения Дарси в турбулентном режиме в портах A и B.
Коэффициент трения Дарси в половине объема, смежной с портом A, равен
, р) 1,11] 2,
в то время как в половине тома, смежной с портом B, он
, p) 1,11] 2,
где:
r - абсолютная шероховатость внутренней поверхности.
Если параметризация потери давления установлена в Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number, потеря давления в половине объема, примыкающей к порту A, составляет
Lpress4Dh,pm˙A'm˙A'ρASMin2,ReA≥ReT,
в то время как в половине тома, смежной с портом B, он
Lpress4Dh,pm˙B'm˙B'ρBSMin2,ReB≥ReT,
где:
λ - коэффициент формы для вязкого трения ламинарного потока.
f (ReA) и f (ReB) - коэффициенты трения Дарси в портах A и B. Блок получает коэффициенты трения из табличных данных, заданных относительно числа Рейнольдса.
Если параметризация потери давления установлена в Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number, потеря давления в половине объема, примыкающей к порту A, составляет
m˙A'm˙A'ρASMin2,ReA≥ReT,
в то время как в половине тома, смежной с портом B, он
m˙B'm˙B'ρBSMin2,ReB≥ReT,
где:
Eu (ReL) - число Эйлера в верхней границе числа Рейнольдса для ламинарных потоков.
Eu (ReA) и Eu (ReB) - это номера Эйлера в портах A и B. Блок получает номера Эйлера из табличных данных, указанных относительно номера Рейнольдса.
Энергетический баланс на границе раздела теплообменника зависит от настройки динамической сжимаемости жидкости. Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение On, энергетический баланс
где:
U - внутренняя энергия, содержащаяся в объеме поверхности раздела теплообменника.
ФА и ФВ - это расход энергии через порты А и В в объем интерфейса теплообменника.
QH - расход тепла через порт H, представляющий собой стенку раздела, в объем теплообменного раздела.
Производные внутренней энергии определяются как
− Tα] V
и
p
где u - удельная внутренняя энергия термической жидкости или внутренняя энергия, содержащаяся в единице ее массы.
Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости (Fluid dynamic compressibility) установлено значение Offплотность термической жидкости обрабатывают как постоянную. Объемный модуль тогда фактически бесконечен, а коэффициент теплового расширения равен нулю. Производные давления и температуры сжимаемого корпуса исчезают, и энергетический баланс восстанавливается как
где E - общая внутренняя энергия несжимаемой тепловой жидкости, или
αuV.
Блок вычисляет и выводит значение коэффициента теплопередачи жидкость-стенка. Расчет зависит от настройки коэффициента теплопередачи в диалоговом окне блока. Если спецификация коэффициента теплопередачи Constant heat transfer coefficientкоэффициент теплопередачи является просто постоянным значением, указанным в диалоговом окне блока;
hConst,
где:
hL-W - коэффициент теплопередачи между стенками жидкости.
hConst - значение коэффициента теплопередачи между жидкостями и стенками, указанное в диалоговом окне блока.
Для всех других параметризаций коэффициента теплопередачи коэффициент теплопередачи определяется как среднее арифметическое коэффициентов теплопередачи порта:
+ hB2,
где:
hA и hB - коэффициенты теплопередачи между стенками жидкости в портах A и B.
Коэффициент теплопередачи в порту A равен
тепло,
в то время как в порту B он
тепло,
где:
NuA и NuB - это номера Nusselt в портах A и B.
kA и kB - теплопроводность портов A и B.
Dh, теплота - гидравлический диаметр для расчетов теплопередачи.
Гидравлический диаметр, используемый в расчетах теплопередачи, определяется как
4SMinLheatSheat,
где:
Lheat - длина пути потока, используемая в расчетах теплопередачи.
Обшивка - общая площадь теплопередающей поверхности.
Расчет числа Nusselt зависит от настройки коэффициента теплопередачи в диалоговом окне блока. Если для спецификации теплопередачи установлено значение Correlations for tubes, номер Nusselt в порту A
1), ReA≥ReT,
в то время как в порту B он
1), ReB≥ReT,
где:
NuL - это число Нуссельта для значения теплопередачи ламинарного потока, указанного в диалоговом окне блока.
PrA и PrB - это номера Prandtl в портах A и B.
Если для спецификации теплопередачи установлено значение Tabulated data — Colburn data vs. Reynolds number, номер Nusselt в порту A
ReA,heatPrA1/3,
в то время как в порту B он
ReB,heatPrB1/3,
где:
j (ReA, тепло) и j (ReB, тепло) являются числами Колберна в портах A и B. Блок получает числа Колберна из табулированных данных, предоставленных как функция числа Рейнольдса.
ReA, heat и ReB, heat - это числа Рейнольдса, основанные на гидравлических диаметрах для расчетов теплопередачи в портах A и B. Этот параметр определяется в порту A как
и в порту B как
Если для спецификации теплопередачи установлено значение Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number, номер Nusselt в порту A
PrA),
в то время как в порту B он
PrB).
Гидравлический диаметр, используемый в расчетах теплопередачи, может отличаться от гидравлического диаметра, используемого в расчетах потерь давления, и различаться, если нагреваемые и фрикционные периметры не совпадают. Для концентрического трубчатого теплообменника с кольцевым сечением гидравлический диаметр для расчетов теплопередачи составляет
Do2 − Di2Di,
в то время как гидравлический диаметр для расчетов давления
Do) = Do − Di,
где:
Do - наружный диаметр кольцевого пространства.
Di - внутренний диаметр кольцевого пространства.
Схема межоболочечного пространства
Площадь потока заполнителя, свободная от препятствий, исходя из наименьшего расстояния между трубами или шага гофрирования. Значение по умолчанию: 0.01 м ^ 2.
Гидравлический диаметр труб или каналов, образующих теплообменный интерфейс. Гидравлический диаметр представляет собой отношение площади поперечного сечения потока к периметру канала. Значение по умолчанию: 0.1 м.
Число Рейнольдса, соответствующее верхней границе ламинарного режима потока. Поток переходит в турбулентное состояние выше этого значения. Значение по умолчанию: 2000.
Число Рейнольдса, соответствующее нижней границе режима турбулентного потока. Поток переходит в ламинарное состояние ниже этого значения. Значение по умолчанию: 4000.
Параметризация, используемая для вычисления потерь давления между входом и выходом. Можно предположить постоянный коэффициент потерь, использовать эмпирические корреляции для труб или указать табличные данные для коэффициента трения Дарси или числа Эйлера. Значение по умолчанию: Constant loss coefficient.
Безразмерное число, используемое для вычисления потерь давления между входом и выходом. Коэффициент потери давления принимается постоянным и одинаковым для прямого и обратного потоков. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Constant loss coefficient. Значение по умолчанию: .1.
Расстояние, пересекаемое жидкостью от входа до выхода. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Correlations for tubes или Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Значение по умолчанию: 1 м.
Потеря давления из-за локальных сопротивлений, таких как изгибы, входы и фитинги, выражается как эквивалентная длина этих сопротивлений. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Correlations for tubes. Значение по умолчанию: 0.1 м.
Средняя высота всех дефектов поверхности на внутренней поверхности трубы. Шероховатость поверхности позволяет рассчитать коэффициент трения в турбулентном режиме потока. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Correlations for tubes. Значение по умолчанию: 15e-6 м.
Постоянная пропорциональности конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме. Коэффициент формы кодирует влияние геометрии компонента на потери ламинарного трения. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Correlations for tubes. Значение по умолчанию: 64.
M-элементный вектор чисел Рейнольдса, при котором задается коэффициент трения Дарси. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для коэффициента трения Дарси. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию - это 12-элементный вектор в диапазоне значений от 400 кому 1e8.
М-элементный вектор коэффициентов трения Дарси, соответствующий значениям, указанным в числовом векторе Рейнольдса для параметра коэффициента трения Дарси. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для коэффициента трения Дарси. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию - это 12-элементный вектор в диапазоне значений от 0.0214 кому 0.2640.
M-элементный вектор чисел Рейнольдса, в котором следует указать число Эйлера. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для номера Эйлера. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number.
M-элементный вектор чисел Эйлера, соответствующий значениям, указанным в числовом векторе Рейнольдса для параметра числа Эйлера. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для номера Эйлера. Этот параметр отображается только в том случае, если параметризация потери давления имеет значение Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number.
Параметризация, используемая для вычисления скорости теплопередачи между текучими средами теплообменника. Можно предположить постоянный коэффициент потерь, использовать эмпирические корреляции для трубок или указать табличные данные для числа Колберна или Нуссельта. Значение по умолчанию: Constant loss coefficient.
Общая площадь поверхности, доступная для теплообмена между текучими средами теплообменника. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Correlation for tubes, Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number, или Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Значение по умолчанию: 0.4 м ^ 2.
Коэффициент теплопередачи между термической жидкостью и теплопередающей поверхностью. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Constant heat transfer coefficient. Значение по умолчанию: 100.
Расстояние, пересекаемое жидкостью, по которой происходит теплообмен. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Correlation for tubes, Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number, или Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Значение по умолчанию: 1 м.
Постоянная пропорциональности конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме. Этот параметр позволяет рассчитывать скорости конвективной теплопередачи в ламинарных потоках. Подходящее значение зависит от геометрии компонента. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Correlation for tubes. Значение по умолчанию: 3.66.
M-элементный вектор чисел Рейнольдса, для которого задается коэффициент Колберна. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для номера Колберна. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию: [100.0, 150.0, 1000.0].
M-элементный вектор факторов Колберна, соответствующий значениям, указанным в числовом векторе Рейнольдса для параметра числа Колберна. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для коэффициента Колберна. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию: [0.019, 0.013, 0.002].
M-элементный вектор чисел Рейнольдса, в котором следует указать число Нуссельта. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для числа Нуссельта. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Вектор по умолчанию: [100.0, 150.0, 1000.0].
N-элементный вектор чисел Прандтля, в котором задается число Нуссельта. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для числа Нуссельта. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Вектор по умолчанию - [1.0, 10.0].
Матрица M-by-N чисел Нуссельта, соответствующая значениям, указанным в числовом векторе Рейнольдса для числа Нуссельта и числовом векторе Прандтля для числовых параметров Нуссельта. Блок использует этот вектор для создания таблицы подстановки для коэффициента Нуссельта. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Параметризация теплопередачи (Heat transfer parameterization) установлено значение Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Матрица по умолчанию: [3.72, 4.21; 3.75, 4.44; 4.21, 7.15].
Эмпирический параметр, используемый для количественной оценки повышенной термостойкости из-за отложений грязи на поверхности теплопередачи. Значение по умолчанию: 1e-4 м ^ 2 * K/W.
Возможность моделирования динамики давления внутри теплообменника. Установка для этого параметра значения Off удаляет члены производной давления из уравнений энергии и сохранения массы компонента. Давление внутри теплообменника затем снижается до средневзвешенного давления в двух портах.
Температура внутреннего объема термической жидкости в начале моделирования.
Давление внутреннего объема термической жидкости в начале моделирования.
A - Отверстие для сохранения тепловой жидкости, представляющее входное отверстие для тепловой жидкости
B - Отверстие для сохранения тепловой жидкости, представляющее собой выходное отверстие для тепловой жидкости
C - Порт вывода физического сигнала для коэффициента тепловой емкости термической жидкости
H - Термосохранительный порт, связанный с температурой на входе термической жидкости
HC - Порт вывода физического сигнала для коэффициента теплопередачи между тепловой жидкостью и интерфейсной стенкой