Тепловая граница между термической жидкостью и окружающей средой
Simscape / Жидкости / Жидкие Сетевые интерфейсы / Теплообменники / Фундаментальные Компоненты
Блок интерфейса простого теплообменника (TL) моделирует перепад давления и изменение температуры в термической жидкости, когда она пересекает длину термического интерфейса, такого как тот, который обеспечивается теплообменником. Теплопередача по тепловому интерфейсу игнорируется. Пример комбинирования двух блоков см. в сводной блок-схеме блока теплообменника (TL-TL).
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
Масса может входить и выходить из теплового интерфейса через порты A и B. Объем интерфейса фиксирован, но сжимаемость жидкости означает, что масса внутри интерфейса может изменяться с давлением и температурой. Учитывается ли сжимаемость в расчетах блоков, зависит от настройки параметра динамической сжимаемости Термическая жидкость (Thermal Liquid) на вкладке Эффекты и начальные условия (Effects and Initial Conditions):
иначе,
где:
* - массовый расход через отверстия для термической жидкости.
p - внутреннее давление жидкости.
T - внутренняя температура текучей среды.
ɑ - коэффициент изобарического теплового расширения.
β - изотермический объемный модуль.
start- внутренняя плотность текучей среды.
V - внутренний объем жидкости.
Если для параметра динамической сжимаемости тепловой жидкости установлено значение Off, жидкость обрабатывается как несжимаемая, и массовый расход через одно отверстие для термической жидкости должен точно совпадать с расходом через другое отверстие для термической жидкости. Скорость накопления массы в данном случае равна нулю.
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 отверстия для термической жидкости.
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 отверстия для термической жидкости к другому рассчитывается по отдельным перепадам давления от каждого отверстия для термической жидкости к внутреннему объему жидкости:
− ΔpB,
где:
p * - давления жидкости в отверстиях для термической жидкости.
Δp * - это перепады давления из отверстий для термической жидкости 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 отверстиях для термической жидкости.
Звездочка обозначает порт термической жидкости (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 отверстия для термической жидкости, 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:
Теплообменник (TL) | Интерфейс теплообменника (TL) | Простой интерфейс теплообменника (G) | Теплопередача при определенном рассеянии