Свойства жидкости для двухфазной жидкостной сети
Двухфазная жидкость/инженерные системы
Блок двухфазных свойств текучей среды (2P) задает теплофизические свойства текучей среды в двухфазной сети текучей среды. Эти свойства, которые включают плотность, вязкость и удельное тепло, среди прочих, могут распространяться на сверхкритическую область текучей среды (вода, по умолчанию, со сверхкритической областью, простирающейся до 100 MPa в давлении).
Свойства применяются ко всей двухфазной сети флюидов (группа непрерывно соединенных двухфазных блоков флюидов). Сеть может иметь только одну рабочую жидкость и, следовательно, только один экземпляр этого блока. Если сеть моделируется без этого блока, жидкость устанавливается в воду и ее свойства получаются из определения домена.
Блок параметризует свойства жидкости в терминах давления и нормированной внутренней энергии - линейного преобразования удельной внутренней энергии. В переохлажденной жидкости нормализованное определение внутренней энергии
−umin−1,umin≤u<uLsat (p),
где:
- нормализованная внутренняя энергия текучей среды.
u - удельная внутренняя энергия текучей среды.
umin является наименьшей удельной внутренней энергией, допустимой в двухфазной жидкостной сети.
uLsat - удельная внутренняя энергия жидкой фазы при насыщении.
В перегретом паре нормализованное определение внутренней энергии
(p) <u≤umax,
где:
umax является самой высокой удельной внутренней энергией, допустимой в двухфазной жидкостной сети.
uVsat - удельная внутренняя энергия паровой фазы при насыщении.
В двухфазной смеси нормализованное определение внутренней энергии
) ≤u≤uVsat (p).
Эти выражения соответствуют нормированной внутренней энергии, которая находится при всех давлениях -1 при минимальной допустимой внутренней энергии, 0 при границе насыщения жидкости, + 1 при границе насыщения паром и + 2 при максимальной допустимой внутренней энергии.
В двухфазной смеси нормированная внутренняя энергия находится в диапазоне значений от 0 до 1 и поэтому эквивалентна качеству пара - массовой доле паровой фазы в двухфазной смеси. В переохлажденной жидкости и перегретом паре нормализованная внутренняя энергия ведет себя как расширение качества пара.
Нормализованная внутренняя энергия обеспечивает преимущество перед конкретной внутренней энергией. Он преобразует p-u фазовую диаграмму таким образом, что переохлажденная жидкая и перегретая паровая фазы занимают различные прямоугольные области. Это преобразование, показанное на рисунке, позволяет задать свойства жидкости на отдельных прямоугольных сетках p-u, по одной для каждой фазы.
Вектор давления длиной N и два нормированных внутренних вектора энергии длиной ML и MV обеспечивают координаты (p, u) двух сеток. Вектор давления является общим для обеих сеток. Переохлажденная жидкая решетка имеет размер ML-by-N, а перегретая паровая решетка MV-by-N.
Таблицы двухстороннего поиска предоставляют значения свойств текучей среды на сетках (p, ). Строки таблицы соответствуют различным нормированным внутренним энергиям, а столбцы таблицы - давлению. Свойства флюида в p-u-континууме вычисляются с использованием линейной интерполяции между точками данных.
Таблица двухстороннего поиска свойств
Векторы насыщенной удельной внутренней энергии обеспечивают границы фаз на фазовой диаграмме (p, u). Они разделяют различные области фазовой диаграммы - переохлажденную жидкость, двухфазную смесь и перегретый пар.
Наряду с минимальными и максимальными допустимыми значениями удельной внутренней энергии, векторы насыщенной удельной внутренней энергии позволяют блокам двухфазной текучей среды преобразовывать нормализованные внутренние энергии, указанные в этом блоке, в конкретные внутренние энергии, которые они используют для расчетов.
Жидкость может стать сверхкритической. Жидкость и пар перестают существовать как отдельные фазы. Их границы насыщения сливаются, образуя то, что известно как псевдокритическая линия (на рисунке сегмент, проходящий вверх от выпуклости фазовой диаграммы p-u).
Псевдокритическая линия делит текучую среду на жидкоподобные и парообразные области. Однако, поскольку фазы больше не отличаются друг от друга, переход между регионами является постепенным, а не резким. Это означает, что на псевдокритической линии жидкоподобные и парообразные жидкости должны иметь одинаковые физические свойства.
В этом блоке жидкоподобная часть сверхкритической области задумана как продолжение жидкой фазы. Аналогично, парообразная часть задумана как продолжение паровой фазы. Другими словами, свойства сверхкритической текучей среды делятся на таблицы свойств жидкости и пара блока.
Однако различие между фазами является излишним в сверхкритической области. Для точек останова над критическим давлением таблицы свойств жидкости и пара должны согласовываться на границах насыщения (или, что более правильно, на псевдокритической линии). Затем сверхкритические части таблиц ведут себя как непрерывное целое.
Рассмотрим в качестве примера кинематические таблицы вязкости. Нижний ряд параметра таблицы кинематической вязкости Жидкость, поскольку он соответствует нормированной удельной внутренней энергии 1, дает данные для насыщенной жидкости. Элементы в этой строке, соответствующие давлению в критической точке или выше, дают данные по псевдокритической линии.
Аналогично, верхний ряд параметра таблицы кинематической вязкости пара, поскольку он соответствует нормированной удельной внутренней энергии 1, дает данные для насыщенного пара. Поэтому элементы в этой строке, соответствующие давлению в критической точке или выше, дают данные по псевдокритической линии. Чтобы эти данные были действительными, они должны быть точно такими же, как данные, приведенные над псевдокритической линией в таблице жидкостей.
Псевдокритическая линия кодируется в границах насыщения жидкой и паровой фаз. Они определяются в блоке с помощью внутреннего вектора энергии насыщенной жидкости и внутреннего вектора энергии насыщенного пара. При давлениях ниже критической точки значения в одном векторе будут обычно отличаться от значений в другом; выше критической точки, однако, один всегда должен равняться другому.
Псевдокритическая линия может принимать любую форму. Для простой аппроксимации часто достаточно удлинить удельную внутреннюю энергию критической точки вверх вдоль оси давления. Это означает, что для сверхкритических частей насыщенных специфических внутренних векторов энергии устанавливается это критическое значение. Если точная форма псевдокритической линии известна, вместо нее можно использовать специфические внутренние энергии вдоль этой линии.
Данные о теплопередающих свойствах - удельной теплопроводности, теплопроводности и числе Прандтля - часто показывают большой пик вблизи критической точки. Масштаб и размер пика в некоторых случаях могут вызвать численные проблемы во время моделирования. Чтобы избежать таких проблем, блок позволяет подрезать пик. Эта опция задается в параметре «Свойства теплового переноса вблизи блока критической точки» (путем установки для него значенияClip peak values).
Отсечение ограничено небольшим диапазоном давления вокруг критической точки. Этот диапазон определяется как доля критического давления (f на рисунке) и простирается в обоих направлениях (на одну и ту же величину) от критического давления. В этом диапазоне каждый из тепловых свойств ограничен максимумом, задаваемым большим из двух его конечных значений. На рисунке показан график числа Прандтля для воды с отсечкой.
Блок позволяет построить график указанных свойств двухфазной текучей среды как функции давления и определенной внутренней энергии. Печать свойств позволяет визуализировать данные перед моделированием модели.
Для печати данных щелкните правой кнопкой мыши блок "Свойства двухфазной жидкости" (2P) в модели и в контекстном меню выберите "Библиотека фундаментов" > "Свойства флюидов печати" (3D) или "Библиотека фундаментов" > "Свойства флюидов печати (контуры). С помощью раскрывающегося списка, расположенного в верхней части графика, выберите свойство для визуализации. Нажмите кнопку «Перезагрузить» для регенерации графика после обновления параметров блока.
График свойств жидкости (3D)
График свойств жидкости (горизонталей)
Наименьшая удельная внутренняя энергия, допустимая в двухфазной жидкостной сети. Значение по умолчанию: 0 кДж/кг.
Наибольшая удельная внутренняя энергия, допустимая в двухфазной жидкостной сети. Значение по умолчанию: 4000 кДж/кг.
Вектор длины N, содержащий значения давления, соответствующие столбцам таблиц свойств жидкости. Вектор по умолчанию представляет собой логарифмически разнесенный 100-элементный вектор в диапазоне от 1e-3 до 100 МПа (охватывающий как подкритические, так и сверхкритические области жидкости).
Давление, при котором жидкость и пар перестают существовать как отдельные фазы. Задайте для этого параметра значение inf для моделирования жидкости, которая всегда является подкритической.
Выберите, следует ли обрезать пики свойств теплопередачи вблизи критической точки. (Пики часто бывают острыми и большими, что может привести к числовым проблемам во время моделирования.) Ширина области отсечения задается в разделе «Фракция выше и ниже критического давления для параметра блока отсечения» (открыт, когда Clip peak values выбран здесь). Задайте для этого параметра значение Do not clip peak values оставить свойства теплового переноса без изменений.
Диапазон давлений выше и ниже критического давления, выраженный в виде доли того же значения, над которым должны быть зафиксированы пики теплопередающих свойств. Этот параметр отображается, если для параметра Тепловые свойства переноса вблизи критической точки задано значение Clip peak values.
Абсолютное давление окружающей двухфазной жидкостной системы. Значение по умолчанию, 0.101325 Па - атмосферное давление на среднем уровне моря.
Динамическое давление, при котором поток в порту начинает обращаться в направлении. Simscape™. Динамическое давление - это разность между общим давлением и статическим давлением. Этот параметр используется для сглаживания реверсирования потока. Большие значения соответствуют более плавным обращениям, а меньшие - более резким. Значение по умолчанию: 0.01 Па.
Область двухфазной текучей среды использует схему «вверх по ветру», которая выводит скорость потока на порте из его значения «вверх по ветру» от порции. Во время реверсирования потока источник значения расхода резко изменяется, и расход может стать прерывистым. Для предотвращения разрывов и повышения надежности моделирования происходит сглаживание реверсов потока, причем порог динамического давления знаменует начало сглаженных переходов.
Вектор длины ML, содержащий нормированные значения внутренней энергии, соответствующие строкам таблиц свойств жидкости. Вектор должен начинаться с -1 и заканчиваются на 0 (насыщенное жидкое состояние). По умолчанию используется равномерно разнесенный 25-элементный вектор.
Матрица ML × N, содержащая значения удельного объема жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны их аналогам в параметре таблицы удельного объема пара. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица ML × N, содержащая значения удельной энтропии жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны совпадать с их аналогами в параметре таблицы энтропии пара. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица ML × N, содержащая значения температуры жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны их аналогам в параметре таблицы температуры пара. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица ML × N, содержащая величины кинематической вязкости жидкости, соответствующие нормированным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны своим аналогам в параметре кинематической таблицы вязкости Пар. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица ML × N, содержащая значения теплопроводности жидкости, соответствующие нормированным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны своим аналогам в параметре таблицы теплопроводности пара. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица ML × N, содержащая значения числа Прандтля жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны совпадать с их аналогами в параметре таблицы числа Paraper Prandtl. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Вектор длины N, содержащий значения удельной внутренней энергии насыщенной жидкости, соответствующие вектору давления. Элементы, имеющие критическое давление или превышающие его, должны быть равны своим аналогам в параметре блока внутреннего вектора энергии насыщенного пара. По умолчанию используется 100-элементный вектор для воды.
Вектор длины MV, содержащий нормированные значения внутренней энергии, соответствующие строкам таблиц свойств пара. Вектор должен начинаться с 1 (состояние насыщенного пара) и оканчиваются на 2. По умолчанию используется равномерно разнесенный 25-элементный вектор.
Матрица MV × N, содержащая значения удельного объема пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии пара и давления. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны совпадать с их аналогами в параметре Таблица удельного объема жидкости. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица MV × N, содержащая значения удельной энтропии пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии пара и давления. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны равняться своим аналогам в параметре Таблица энтропии для конкретной жидкости. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица MV × N, содержащая значения температуры пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии пара и давления. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны их аналогам в параметре Таблица температуры жидкости. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица MV × N, содержащая кинематические значения вязкости пара, соответствующие нормированным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны своим аналогам в параметре Таблица кинематической вязкости жидкости. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица MV × N, содержащая значения теплопроводности пара, соответствующие нормированным векторам внутренней энергии пара и давления. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны быть равны своим аналогам в параметре Таблица теплопроводности жидкости. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Матрица MV × N, содержащая значения числа Прандтля пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии пара и давления. Элементы на границе насыщения и при критическом давлении или выше должны совпадать с их аналогами в параметре Liquid Prandtl number table. Матрицей по умолчанию является таблица 25 × 100 для воды.
Вектор длины N, содержащий значения внутренней энергии насыщенного пара, соответствующие вектору давления. Элементы, имеющие критическое давление или превышающие его, должны совпадать со своими аналогами в параметре насыщенного жидкого специфического внутреннего энергетического вектора. По умолчанию используется 100-элементный вектор для воды.
Блок имеет двухфазное отверстие для сохранения текучей среды. Этот порт идентифицирует двухфазную сеть текучей среды, свойства текучей среды которой обеспечивает блок.