Тепловая граница между газом и окружающей его средой
Simscape / Жидкости / Жидкие Сетевые интерфейсы / Теплообменники / Фундаментальные Компоненты
Блок интерфейса простого теплообменника (G) моделирует падение давления и изменение температуры в газе, когда он пересекает длину теплового интерфейса, такого как тот, который обеспечивается теплообменником. Теплопередача по тепловому интерфейсу игнорируется. Пример объединения этих двух блоков приведен в сводной блок-схеме блока теплообменника (G-G).
Падение давления вычисляется как функция массового расхода на основе табличных данных, заданных при некотором эталонном давлении и температуре. Расчет основан на линейной интерполяции, если массовый расход находится в пределах табулированных данных, а в противном случае - на экстраполяции ближайшего соседа. Другими словами, соседние точки данных соединяются прямолинейными сегментами, причем точки с массовым расходом проходят горизонтально наружу.
Линейная интерполяция (слева) и экстраполяция ближайшего соседа (справа)
Расчеты блока опираются на состояния и свойства жидкости - температуру, плотность и удельную внутреннюю энергию - на входе в тепловую границу раздела. Вход резко изменяется от одного порта к другому во время реверсирования потока, что приводит к разрыву значений этих переменных. Чтобы устранить эти разрывы, блок сглаживает изменяемые переменные при массовом расходе ниже заданного порогового значения.
Сглаживание входной температуры ниже порога массового расхода
Mass может входить и выходить из теплового интерфейса через порты A и B. Объем поверхности раздела является фиксированным, но сжимаемость жидкости означает, что масса внутри поверхности раздела может изменяться в зависимости от давления и температуры. Сжимаемость газа всегда учитывается, причем ее значение задается в диалоговом окне «Свойства газа (G)». Затем массовый баланс в интерфейсе может быть выражен как:
где:
M - масса внутреннего объема текучей среды термического интерфейса.
p - внутреннее давление жидкости.
T - внутренняя температура текучей среды.
* - массовые расходы через газовые каналы.
Энергия может входить и выходить из термического интерфейса двумя способами: с потоком жидкости через порты A и B и с потоком тепла через порт H. Работа над жидкостью внутри интерфейса не выполняется. Таким образом, скорость накопления энергии во внутреннем объеме текучей среды границы раздела должна равняться сумме скоростей потока энергии через все три порта:
где:
E - общая энергия во внутреннем объеме текучей среды на тепловой границе раздела.
start* - это расход энергии через газовые порты.
Q - расход тепла через тепловое отверстие.
Расчет перепада давления полностью основан на указанных данных в таблице. Причины падения давления игнорируются, за исключением последствий, которые они могут оказать на указанные данные. Общий перепад давления от одного газового канала к другому рассчитывается по отдельным перепадам давления от каждого газового канала к внутреннему объему текучей среды:
− ΔpB,
где:
p * - давления жидкости в газовых отверстиях.
Δp * - перепад давления из газовых каналов во внутренний объем жидкости:
* − p,
с p в качестве давления во внутреннем объеме жидкости.
Табличные данные задаются при эталонном давлении и температуре, из которых вычисляется третий эталонный параметр - эталонная плотность. Отношение исходной плотности к фактической плотности порта служит поправочным коэффициентом в индивидуальных уравнениях падения давления, каждое из которых определяется как:
αRstart*,
где:
Δp m˙) - функция перепада давления в таблице.
start* - плотность жидкости в газовых портах.
Звездочка обозначает газовый порт (A или B), в котором определен параметр или переменная. Индекс R обозначает ссылочное значение. Плотность на входе в интерфейс сглаживается ниже порога массового расхода введением гиперболического термина ɑ:
+ start( 1 − α2),
где ρsmooth - сглаживавшая плотность во входном порту, ρ* - не сглаживавшая плотность в том же порту, и ρ - плотность во внутреннем жидком объеме. Гиперболический сглаживающий член определяется как:
4m˙avgm˙th),
где m˙avg - среднее значение массового расхода через газовые каналы, а m˙th - пороговое значение массового расхода, указанное в диалоговом окне блока. Этот порог определяет ширину области массового расхода для сглаживания плотности текучей среды. Средний массовый расход определяется как:
Интерфейс теплообменника (G) | Простой интерфейс теплообменника (TL) | Теплопередача при определенном рассеянии