Модели Thermal Liquid основаны на методе конечных объемов. Этот способ дискретизирует тепловую жидкую систему в несколько контрольных объемов, которые взаимодействуют через общие интерфейсы. Система нефтепровода является одним из примеров: можно смоделировать эту систему как набор сегментов трубопровода, которые соединяются последовательно по длине трубопровода.
Дискретизация трубопроводной системы
Регулируемый объем может представлять собой термический жидкий компонент, такой как нефтепровод, или часть компонента, такую как сегмент трубопровода. Можно дискретизировать тепловую жидкую систему и ее компоненты так точно, как это необходимо, например, для повышения точности моделирования. Однако чем точнее дискретизация, тем больше сложность модели - и тем медленнее моделирование.
Блоки Thermal Liquid представляют контрольный объем компонента с использованием внутреннего узла. Этот узел обеспечивает давление и температуру жидкости внутри компонента. Узел не виден, но к его параметрам и переменным можно обратиться с помощью Simscape™ регистрации данных. Дополнительные сведения см. в разделе Сведения о протоколировании данных моделирования.
Узлы Simscape в блоке трубы (TL)
Динамическую эволюцию давления и температуры жидкости на внутреннем узле контрольного объема регулируют два физических принципа: сохранение массы и энергосбережение. Вычисление давления и температуры выполняется для контрольного объема, окружающего внутренний узел. Этот контрольный объем представляет собой общий объем термического жидкого компонента, который представляет блок.
Второй набор узлов представляет интерфейсы, через которые конечный том может взаимодействовать со своими соседями. Эти узлы видны как консервационные порты Simscape, из которых наиболее важными являются консервационные порты Thermal Liquid. Допуская обмен массой, импульсом и энергией между соседними объемами жидкости, порты сохранения тепловой жидкости управляют динамической эволюцией конечного объема, когда он стремится к установившемуся состоянию.
Отверстия для сохранения термической жидкости обеспечивают давление и температуру жидкости на интерфейсах, которые они представляют. Они также обеспечивают расход массы и тепла, которые регулируют взаимодействие между компонентами термической жидкости. Давление и температура являются переменными Поперек области тепловой жидкости, в то время как скорости потока являются переменными Сквозной.
Два физических принципа регулируют массовый и тепловой расход через порт сохранения тепловой жидкости: сохранение импульса и энергосбережение. Массовый расход в порту рассчитывается на основе принципа сохранения импульса. Расход тепла в порту рассчитывается на основе принципа сохранения тепловой энергии.
Вычисления расхода выполняются для половины контрольного объема термического жидкого компонента. Половина управляющего объема ограничена на одном конце интерфейсом, который представляет порт, а на другом конце параллельной поверхностью, проходящей через центроид управляющего объема.
На рисунке показан наполовину контролируемый объем для вычисления расхода на интерфейсе А сегмента трубопровода. Интерфейс А соответствует порту А сохранения тепловой жидкости блока трубы (TL). Узел C соответствует внутреннему узлу блока, который совпадает с центроидом управляющего объема.
Половинный контрольный объем для расчета расхода
Блоки в библиотеке тепловой жидкости реализуют полную схему потока. Используя эту схему, чистый тепловой поток через порт сохранения тепловой жидкости содержит как конвективные, так и проводящие вклады потока. За счет включения теплопроводности в направлении потока блоки Thermal Liquid обеспечивают более реалистичное моделирование физической системы, которую они представляют.
Другие преимущества схемы полного потока включают повышенную устойчивость моделирования моделей термической жидкости. Эта устойчивость становится релевантной в моделях, где вклад проводящего потока может быть доминирующим. Примеры включают случаи низких массовых расходов и реверсирования потока, во время которых конвективный поток становится ничтожным или полностью исчезает.