3-Zone Pipe (2P)

Трубопровод для транспортировки изменяющей фазу жидкости с теплопередачей

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Двухфазная жидкость/Трубы и подборы кривой

Описание

Блок Pipe (2P) моделирует трубопровод с изменяющей фазу жидкостью. Каждая жидкая фаза называется зоной, которая является дробным значением между 0 и 1. Зоны не смешиваются. 3-Zone Pipe (2P) использует следующую за ним модель для отслеживания переохлаждаемой жидкости (L), смеси пар-жидкость (M) и перегретого пара (V) в трех зонах. Относительное количество пространства, которое зона занимает в системе, называется дробью длины зоны в системе.

Порт H является тепловым портом, который представляет температуру окружающей среды. Скорость теплопередачи между жидкостью и окружением зависит от жидкой фазы каждой зоны. Стенки трубопровода моделируются внутри блока, и температура стенки трубопровода в каждой зоне может быть различной. Давление и температура зависят от динамической сжимаемости жидкости и теплоемкости зоны жидкости.

Теплопередача между жидкостью и стенкой

Коэффициент конвективной теплопередачи между жидкостью и стенкой, _αF, изменяется на зону в соответствии с числом Нуссельта:

$α_{F} = \frac{Nu k}{D_{H}},$

где:

Nu - номер зоны Нуссельта.
k среднюю теплопроводность жидкости.
D H - Hydraulic diameter трубопровода, эквивалентный диаметр некруглого сечения.

Число Нуссельта, используемое в коэффициенте теплопередачи, является большим из числа Нуссельта турбулентного и ламинарного потока.

Для турбулентных потоков в переохлажденных жидких или перегретых паровых зонах число Нуссельта вычисляется корреляцией Гнилинского:

$Nu = \frac{\frac{f}{8} (Re - 1000) PR}{1 + 12.7 {(\frac{f}{8})}^{1 / 2} ({Pr}_{}^{2 / 3} - 1)},$

где:

Re - среднее Число Рейнольдса зоны.
Pr - среднее значение Prandtl в зоне.
f - коэффициент трения Дарси, вычисленный из корреляции Haaland:

$\frac{1}{\sqrt{f_{}}} = - 1.8 журнал [{(\frac{\frac{ε}{D_{H}}}{3.7})}^{1.11} + \frac{6.9}{{Re}_{}}],$
где ε - стенка Internal surface absolute roughness.

Для турбулентных потоков в зоне смеси пар-жидкости число Нуссельта вычисляется корреляцией Каваллини-Цекхина:

$Nu = \frac{{являются}_{SL}^{b} {PR}_{SL}^{c} {{[(\sqrt{\frac{ρ_{SL}}{ρ_{SV}}} - 1) x_{Out} + 1]}^{1 + b} - {[(\sqrt{\frac{ρ_{SL}}{ρ_{SV}}} - 1) x_{In} + 1]}^{1 + b}}}{(1 + b) (\sqrt{\frac{ρ_{SL}}{ρ_{SV}}} - 1) (x_{Out} - x_{In})} .$

Где:

Re _SL является числом Рейнольдса насыщенной жидкости.
Pr _SL является числом Прандтля насыщенной жидкости.
ρ _SL является плотностью насыщенной жидкости.
ρ _SV является плотностью насыщенного пара.
a = 0,05, b = 0,8 и c = 0,33.

Когда ребра моделируются на внутренней поверхности трубопровода, коэффициент теплопередачи равен:

$α_{F} = \frac{Nu k}{D_{H}} (1 + η_{Int} s_{Int}),$

где:

η _Int - это Internal fin efficiency.
s _Int - это Ratio of internal fins surface area to no-fin surface area.

Для ламинарных течений число Нуссельта задается параметром Laminar flow Nusselt number.

Специфическая энтальпия

Скорость теплопередачи от жидкости основана на изменении конкретной энтальпии в каждой зоне:

$Q = {\dot{m}}_{Q} (Δ h_{L} + Δ h_{M} + Δ h_{V}),$

где ${\dot{m}}_{Q}$ - массовый расход жидкости теплопередачи. Это входное отверстие трубопровода массового расхода жидкости, или $\dot{m}$ _A или $\dot{m}$ _B, в зависимости от направления потока жидкости.

В жидкой и паровой зонах изменение специфической энтальпии определяется как:

$Δ h = c_{p} (T_{H} - T_{I}) [1 - exp (- \frac{z S_{W}}{{\dot{m}}_{Q} c_{p} (α_{F}^{- 1} + α_{E}^{- 1})})],$

где:

_cp - удельная теплота жидкости или пара.
_TH - температура окружающей среды.
_TI - температура входного отверстия жидкости.
z - фракция длины зоны жидкости.
_αE - коэффициент теплопередачи между стенкой и окружением.
_SW - площадь поверхности стенки:

$S_{W} = \frac{4 A}{D_{H}} L,$
где:
- A - Cross-sectional area трубопровода.
- L является Pipe length.
Обратите внимание, что эта площадь поверхности стенки не включает площадь ребра, которая определяется параметрами Ratio of external fins surface area to no-fin surface area и Ratio of internal fins surface area to no-fin surface area. Ребра расположены пропорционально площади поверхности стенки. Значение 0 означает отсутствие ребер на стенке трубопровода.

В зоне смеси пар-жидкость изменение специфической энтальпии рассчитывается как:

$Δ h = (T_{H} - T_{S}) \frac{z S_{W}}{{\dot{m}}_{Q} (α_{F}^{- 1} + α_{E}^{- 1})},$

где _TS - температура насыщения жидкости. Принято, что смесь пар-жидкость всегда находится при этой температуре.

Скорость теплопередачи

Общая теплопередача между жидкостью и стенкой трубопровода является суммой теплопередачи в каждой жидкой фазе:

$Q_{F} = Q_{F,L} + Q_{F,V} + Q_{F,M} .$

Скорость теплопередачи между жидкостью и трубопроводом в жидкой зоне:

$Q_{F,L} = {\dot{m}}_{Q} c_{p,L} [T_{W,L} - минута (T_{I}, T_{S})] [1 - exp (- \frac{z_{L} S_{W} α_{L}}{{\dot{m}}_{Q} c_{p,L}})] .$

где _TW,L - температура стенки, окружающей жидкую зону.

Скорость теплопередачи между жидкостью и трубопроводом в зоне смеси:

$Q_{F,M} = (T_{H} - T_{Sat}) z_{M} S_{W} α_{M} .$

Скорость теплопередачи между жидкостью и трубопроводом в паровой зоне:

$Q_{F,V} = {\dot{m}}_{Q} c_{p,V} [T_{W,V} - минута (T_{I}, T_{Sat})] [1 - exp (- \frac{z_{V} S_{W} α_{V}}{{\dot{m}}_{Q} c_{p,V}})],$

где _TW,V - температура стенки, окружающей паровую зону.

Теплопередача между Стенкой и Окружением

Если стенка трубопровода имеет конечную толщину, коэффициент теплопередачи между стеной и окружением, _αE, определяется:

$\frac{1}{α_{E}} = \frac{1}{α_{W}} + \frac{1}{α_{Ext} (1 + η_{Ext} s_{Ext})},$

где α W - коэффициент теплопередачи, обусловленный проводимостью через стенку:

$α_{W} = \frac{k_{W}}{D_{H} ln (1 + \frac{t_{W}}{D_{H}})},$

и где:

_kW является Wall thermal conductivity.
_tW является Wall thickness.
α _Ext - это External environment heat transfer coefficient.
η _Ext - это External fin efficiency.
s _Ext - это Ratio of external fins surface area to no-fin surface area.

Если стенка не имеет тепловой массы, коэффициент теплопередачи между стеной и окружением равен коэффициенту теплопередачи окружения, α _Ext.

Скорость теплопередачи

Скорость теплопередачи между каждой зоной стенки и окружения:

$Q_{H,zone} = (T_{H} - T_{W}) z S_{W} α_{E} .$

Общая теплопередача между стенкой и окружением составляет:

$Q_{H} = Q_{H,L} + Q_{H,V} + Q_{H,M} .$

Управляющие дифференциальные уравнения

Скорость теплопередачи зависит от тепловой массы стенки, _CW:

$C_{W} = c_{p,W} ρ_{W} S_{W} (t_{W} + \frac{t_{W}^{2}}{D_{H}}),$

где:

c _p, W является Wall specific heat.
_ρW является Wall density.

Руководящими уравнениями для теплопередачи между жидкостью и внешним окружением являются, для жидкой зоны:

$Q_{H,L} - Q_{F,L} = C_{W} [z_{L} \frac{d T_{W,L}}{d t} + макс. (\frac{d z_{L}}{d t}, 0) (T_{W,L} - T_{W,M})],$

для зоны смеси:

$Q_{H,M} - Q_{F,M} = C_{W} [z_{M} \frac{d T_{W,M}}{d t} + минута (\frac{d z_{L}}{d t}, 0) (T_{W,L} - T_{W,M}) + минута (\frac{d z_{V}}{d t}, 0) (T_{W,V} - T_{W,M})],$

и для паровой зоны:

$Q_{H,V} - Q_{F,V} = C_{W} [z_{V} \frac{d T_{W,V}}{d t} + макс. (\frac{d z_{V}}{d t}, 0) (T_{W,V} - T_{W,M})] .$

Баланс импульса

Перепад давления по трубе состоит из двух факторов: изменения давления из-за изменений плотности и изменения давления из-за трения на стенках трубопровода.

Для турбулентных потоков, когда число Рейнольдса выше Turbulent flow lower Reynolds number limit, падение давления вычисляется с точки зрения коэффициента трения Дарси. Перепад давления между портом A и внутренним узлом I:

$p_{A} - p_{Я} = (\frac{1}{ρ_{I}} - \frac{1}{ρ_{A}^{*}}) {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{S})}^{2} + \frac{f_{A} {\dot{m}}_{A} | {\dot{m}}_{A} |}{2 ρ_{I} D_{H} S_{}^{2}} (\frac{L + L_{Add}}{2}),$

где:

_ρI - плотность жидкости во внутреннем узле I.
_ρA* - плотность жидкости в порте A. Это то же самое, что и _ρA, когда поток является установившимся; когда поток является переходным, он вычисляется из внутреннего состояния жидкости с помощью адиабатического выражения:

$u_{A}^{*} + \frac{p_{A}}{ρ_{A}^{*}} + \frac{1}{2} {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{ρ_{A}^{*} S})}^{2} = h + \frac{1}{2} {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{ρ S})}^{2},$
где:
- h - средняя специфическая энтальпия, $h = h_{L} z_{L} + h_{V} z_{V} + h_{M} z_{M} .$
- ρ - средняя плотность, $ρ = ρ_{L} z_{L} + ρ_{M} z_{M} + ρ_{V} z_{V} .$
Это связано с тем, что расчет теплопередачи происходит на внутреннем узле I.
$\dot{m}$ _A - массовый расход жидкости через порт A.
L является Pipe length.
L _Add является Aggregate equivalent length of local resistances, которая является эквивалентной длиной трубки, которая вводит такое же количество потерь, как и сумма потерь из-за других локальных сопротивлений.

Обратите внимание, что коэффициент трения Дарси зависит от числа Рейнольдса и вычисляется в обоих портах.

Перепад давления между портом B и внутренним узлом I:

$p_{B} - p_{Я} = (\frac{1}{ρ_{I}} - \frac{1}{ρ_{B}^{*}}) {(\frac{{\dot{m}}_{B}}{S})}^{2} + \frac{f_{B} {\dot{m}}_{B} | {\dot{m}}_{B} |}{2 ρ_{I} D_{H} S_{}^{2}} (\frac{L + L_{Add}}{2}) .$

где:

_ρB* - плотность жидкости в порте B. Это то же самое, что и _ρB, когда поток является установившимся; когда поток является переходным, он вычисляется из внутреннего состояния жидкости с помощью адиабатического выражения:

$u_{B}^{*} + \frac{p_{B}}{ρ_{B}^{*}} + \frac{1}{2} {(\frac{{\dot{m}}_{B}}{ρ_{B}^{*} S})}^{2} = h + \frac{1}{2} {(\frac{{\dot{m}}_{B}}{ρ S})}^{2} .$
$\dot{m}$ _B - массовый расход жидкости через порт B.

Для ламинарных течений, когда число Рейнольдса ниже Laminar flow upper Reynolds number limit, падение давления на трение вычисляется в терминах Laminar friction constant for Darcy friction factor, λ. Перепад давления между портом A и внутренним узлом I:

$p_{A} - p_{Я} = (\frac{1}{ρ_{I}} - \frac{1}{ρ_{A}^{*}}) {(\frac{{\dot{m}}_{A}}{S})}^{2} + \frac{λ μ {\dot{m}}_{A}}{2 ρ_{I} D_{H}^{2} S} (\frac{L + L_{Add}}{2}),$

where - средняя динамическая вязкость жидкости:

$μ = μ_{L} z_{L} + μ_{M} z_{M} + μ_{V} z_{V} .$

Перепад давления между портом B и внутренним узлом I:

$p_{B} - p_{Я} = (\frac{1}{ρ_{I}} - \frac{1}{ρ_{B}^{*}}) {(\frac{{\dot{m}}_{B}}{S})}^{2} + \frac{λ μ {\dot{m}}_{B}}{2 ρ_{I} D_{H}^{2} S} (\frac{L + L_{Add}}{2}) .$

Для переходных потоков перепадом давления из-за вязкого трения является сглаженная смесь между значениями для ламинарного и турбулентного падения давления.

Баланс массы

Общая скорость накопления массы определяется как:

$\frac{d M}{d t} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B},$

где M - общая масса жидкости в трубопроводе. Что касается зон жидкости, скорость накопления массы является функцией изменения плотности, ρ, относительно давления, p и удельной внутренней энергии жидкости, u:

$\frac{d M}{d t} = [{(\frac{d ρ}{d p})}_{u} \frac{d p}{d t} + {(\frac{d ρ}{d u})}_{p} \frac{d u_{o u t}}{d t} + ρ_{L} \frac{d z_{L}}{d t} + ρ_{M} \frac{d z_{M}}{d t} + ρ_{V} \frac{d z_{V}}{d t}] V,$

где:

_uout является специфической внутренней энергией после того, как произошла вся теплопередача.
V - общий объем жидкости или объем трубопровода.

Энергетический баланс

Уравнение энергетического разговора:

$M \frac{d u_{o u t}}{d t} + ({\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B}) u_{o u t} = ϕ_{A} + ϕ_{B} + Q_{F},$

где:

ϕ A является расходом энергии в порту A.
ϕ B - расход энергии в порту B.
Q F - скорость теплопередачи между жидкостью и стенкой.

Допущения и ограничения

Стенки трубопровода идеально жесткие.
Поток полностью развит. Потери на трение и теплопередача не включают входные эффекты.
Инерция жидкости незначительна.
Эффект тяжести незначителен.
Когда давление выше критического давления жидкости, большие значения свойств тепловой жидкости (таких как число Прандтля, теплопроводность и удельное тепло) могут не точно отражать теплообмен в трубопроводе.

Порты

Выход

расширить все

`Z` - дроби длины зоны
физический сигнал

Вектор с долями длин жидкой, смешанной фазы и паровых зон в трубопроводе.

Сохранение

расширить все

`A` - Открытие трубопровода
двухфазная жидкость

Открытие, посредством которого двухфазная жидкость течет внутрь или из трубопровода. Порты A и B могут каждый функционировать как вход или выход. Теплопроводность допускается между двухфазными портами жидкости и жидкостью, внутренней к трубопроводу (хотя ее влияние обычно актуально только при почти нулевых скоростях потока жидкости).

`B` - Открытие трубопровода
двухфазная жидкость

`H` - Стенки трубопровода
тепловой

Тепловое граничное условие на внешней поверхности стенки трубопровода. Используйте этот порт для захвата теплообмена различных видов - например, проводящего, конвективного или радиационного - между стенкой трубопровода и окружением. Теплообмен между внутренней поверхностью стенки и жидкостью захватывается непосредственно в блоке.

Параметры

расширить все

Геометрия

`Pipe length` - Расстояние между портами трубопровода
`5 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

Расстояние между портами трубопровода. Каждая из жидких, двухфазных и паровых зон составляет часть этого расстояния. Зональные дроби могут изменяться, но их совокупная длина, совпадающая с расстоянием трубопровода, является фиксированной.

`Cross-sectional area` - Внутренняя область, нормальная к направлению потока
`0.01 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения площади

Внутренняя область трубопровода, перпендикулярная направлению потока. Поперечное сечение трубопровода принято постоянным на протяжении всей ее длины.

`Hydraulic diameter` - Диаметр цилиндрического трубопровода с заданной площадью поперечного сечения
`0.1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

Отношение площади открытия поперечного сечения трубопровода к периметру этой площади. Трубопровод не должен быть цилиндрическим, а его поперечное сечение имеет любую форму. Этот параметр задает диаметр, который общее сечение имело бы, если бы оно было округлым.

Вязкое трение

`Aggregate equivalent length of local resistances` - Незначительное падения давления в трубопроводе в виде длины
`1 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

Комбинированная длина всех локальных сопротивлений, присутствующих в трубопроводе. Локальные сопротивления включают повороты, подборы кривой, якоря, а также входные и выходные отверстия трубопровода. Эффект локальных сопротивлений состоит в увеличении эффективной длины трубопровода. Эта длина добавляется к геометрической длине трубопровода для вычисления трения.

`Internal surface absolute roughness` - Средняя глубина поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода
`15e-6 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина в единицах измерения длины

Средняя глубина всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода. Поверхностные дефекты влияют на падение давления через трубопровод в турбулентном режиме течения.

`Laminar flow upper Reynolds number limit` - число Рейнольдса, ниже которого поток ламинарен
`2e+3` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Число Рейнольдса, выше которого поток трубопровода начинает переход от ламинарного к турбулентному. Это значение является максимальным значением числа Рейнольдса, соответствующим полностью развитому ламинарному течению.

`Turbulent flow lower Reynolds number limit` - число Рейнольдса, выше которого поток турбулентен
`4e+3` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Число Рейнольдса, ниже которого поток трубопровода начинает переходить от турбулентного к ламинарному. Это значение является минимальным числом Рейнольдса, соответствующим полностью развивающемуся турбулентному потоку.

`Shape factor for laminar flow viscous friction` - Безразмерный коэффициент, используемый для захвата эффекта геометрии на вязкие потери на трение
`64` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Безразмерный коэффициент, используемый для захвата эффектов геометрии поперечного сечения на вязкие потери на трение, происходящие в ламинарном режиме течения жидкости. Типичные значения 64 для круглого сечения, 57 для квадратного сечения и 62 для прямоугольного сечения с соотношением сторон 2.

Теплопередача

`External environment heat transfer coefficient` - Коэффициент теплопередачи между окружением и стенкой трубопровода
`100 W/(m^2K)` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями степени/( площадь температура

)

Коэффициент теплопередачи для теплообмена между окружением (в порту H) и внешней поверхностью стенки трубопровода. Если для этого параметра задано значение inf, тогда тепловое сопротивление между окружением и стенкой принято равным нулю. Затем стенка трубопровода имеет равномерную температуру, равную температуре, связанной с портом H.

`Wall thickness` - Средняя толщина материала стенки трубопровода
`0 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

Средняя толщина материала стенки трубопровода. Если для этого значения задано значение 0, тогда и тепловое сопротивление, обусловленное проводимостью через стенку трубопровода, и тепловое хранение, обусловленное тепловой массой стенки трубопровода, приняты незначительными.

`Wall thermal conductivity` - Теплопроводность материала стенки трубопровода
`390 W/(mK)` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями степени/( длина температура

)

Теплопроводность материала стенки трубопровода. Если для этого параметра задано значение inf, тогда тепловое сопротивление от проводимости через стенку трубопровода принято незначительным.

`Wall specific heat` - Теплоемкость на единицу массы материала стенки трубопровода
`390 J/kg/K` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями энергии/( масса * температура

)

Теплоемкость на единицу массы материала стенки трубопровода. Если для этого параметра задано значение 0, тогда тепловое хранение из-за тепловой массы трубопровода принято незначительным.

`Wall density` - Массовая плотность материала стенки трубопровода
`9e3 kg/m^3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения массы/объема

Массовая плотность материала стенки трубопровода. Если для этого параметра задано значение 0, тогда тепловое хранение из-за тепловой массы стенки трубопровода принято незначительным.

`Ratio of external fins surface area to no-fin surface area` - Отношение площади поверхности теплопередачи с наружными ребрами к отношению без
`0` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Отношение общей площади теплопередающей поверхности ребер на внешней стороне стенки трубопровода к площади поверхности стенки трубопровода без каких-либо ребер. Наличие ребер служит для улучшения конвективной теплопередачи между стенкой трубопровода и окружением.

`External fin efficiency` - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внешними плавниками
`0.5` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Отношение фактической скорости теплообмена между внешними ребрами и окружением к ее идеальному значению (если ребра полностью удерживались при температуре стенки трубопровода). Этот параметр является функцией геометрии плавника.

`Ratio of internal fins surface area to no-fin surface area` - Отношение площади поверхности теплопередачи с внутренними ребрами к отношению без
`0` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Отношение общей площади теплопередающей поверхности ребер на внутренней стороне стенки трубопровода к площади поверхности стенки трубопровода без каких-либо ребер. Наличие ребер служит для улучшения конвективной теплопередачи между стенкой трубопровода и жидкостью.

`Internal fin efficiency` - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внутренними плавниками
`0.5` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Отношение фактической скорости теплообмена между внутренними ребрами и окружением к ее идеальному значению (если ребра полностью удерживались при температуре стенки трубопровода). Этот параметр является функцией геометрии плавника.

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Отношение конвективных к проводящим скоростям теплообмена в ламинарном режиме течения жидкости
`3.66` (по умолчанию)

Отношение конвективного и проводящего теплообмена в ламинарном режиме течения жидкости. Этот параметр является функцией сечения канала геометрии. Типичные значения 3.66 для круглого сечения, 2.98 для квадратного сечения и 3.39 для прямоугольного сечения с соотношением сторон 2.

Вкладка Эффекты и начальные условия

`Initial fluid energy specification` - Термодинамическая переменная, начальное значение которой устанавливается
`Temperature` (по умолчанию) | `Vapor quality` | `Vapor void fraction` | `Specific enthalpy` | `Specific internal energy`

Термодинамическая переменная, в терминах которой можно задать начальные условия компонента.

`Initial pressure` - Абсолютное давление в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Давление в трубопроводе в начале симуляции, заданное относительно нуля.

`Initial temperature` - Абсолютная температура в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скалярный или двухэлементный вектор с модулями измерения температуры

Температура жидкости в трубопроводе в начале симуляции. Этот параметр может быть скаляром или вектором с 2 элементами. Если это скаляр, начальная температура принимается равномерной по всему трубопроводу. Если это вектор, начальная температура принимается линейно изменяющейся между портами. Первый векторный элемент задает начальную температуру во входном отверстии и втором векторном элементе в выходном отверстии.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Temperature.

`Initial vapor quality` - Массовая доля пара в начале симуляции
`0.5` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Качество пара, или массовая доля пара, в трубопроводе в начале симуляции. Этот параметр может быть скаляром или вектором с 2 элементами. Если это скаляр, начальное качество пара принято равномерным по всему трубопроводу. Если это вектор, начальное качество пара принимается линейно изменяющимся между портами. Первый векторный элемент дает начальное качество пара во входном отверстии и втором векторном элементе в выходном отверстии.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Vapor quality.

`Initial vapor void fraction` - Объемная доля пара в начале симуляции
`0.5` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Паровая пустая фракция, или паровая объемная фракция, в трубопроводе в начале симуляции. Этот параметр может быть скаляром или вектором с 2 элементами. Если это скаляр, начальная доля паров в пустоте принимается равномерной по всему трубопроводу. Если это вектор, начальная паровая пустая фракция изменяется линейно между портами. Первый векторный элемент дает начальную долю паров в входном отверстии и второй векторный элемент в выходном отверстии..

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Vapor void fraction.

`Initial specific enthalpy` - Специфическая энтальпия в начале симуляции
`1500 kJ/kg` (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

Специфическая энтальпия жидкости в трубопроводе в начале симуляции. Этот параметр может быть скаляром или вектором с 2 элементами. Если это скаляр, начальная специфическая энтальпия принята равномерной по всему трубопроводу. Если это вектор, начальная специфическая энтальпия принимается линейно изменяющейся между портами. Первый векторный элемент дает начальную специфическую энтальпию во входном отверстии и второй векторный элемент в выходном отверстии.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Specific enthalpy.

`Initial specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия в начале симуляции
`1500 kJ/kg` (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

Удельная внутренняя энергия жидкости в трубопроводе в начале симуляции. Этот параметр может быть скаляром или вектором с 2 элементами. Если это скаляр, начальная удельная внутренняя энергия принята равномерной по всему трубопроводу. Если это вектор, начальная удельная внутренняя энергия изменяется линейно между портами. Первый векторный элемент дает начальную удельную внутреннюю энергию во входном отверстии и втором векторном элементе в выходном отверстии.

Зависимости

Этот параметр активен, когда опция Initial fluid energy specification установлена на Specific internal energy.

Примеры моделей

Pipe Fluid Vaporization and Condensation

Трубопровод испарения и конденсации жидкости

Блок 3-Zone Pipe (2P) используется для моделирования испарения или конденсации потока жидкости в трубопроводе. Блок делит внутренний объем жидкости до трех зон: жидкая зона, зона смеси и паровая зона, в зависимости от состояния жидкости вдоль трубопровода. Когда жидкость течет через трубопровод, тепло передается между окружением, внешней к трубопроводу, и жидкостью внутри трубопровода, заставляя ее переходить от жидкости к смеси к пару для нагревательного кожуха или от пара к смеси к жидкости для охлаждающего кожуха. Эффект теплового хранения в стенке трубопровода может быть необязательно включен путем определения ненулевой толщины стенки трубопровода.

Ссылки

[1] Белый, F.M., Механика жидкости, 7^th Ред, раздел 6.8. Макгроу-Хилл, 2011.

[2] Qengel, Y.A., Теплопередача и массопередача - практический подход, 3^rd Ред, раздел 8.5. Макгроу-Хилл, 2007.

Документация

3-Zone Pipe (2P)

Описание

Теплопередача между жидкостью и стенкой

Теплопередача между Стенкой и Окружением

Баланс импульса

Баланс массы

Энергетический баланс

Допущения и ограничения

Порты

Выход

Z - дроби длины зоны физический сигнал

Сохранение

A - Открытие трубопровода двухфазная жидкость

B - Открытие трубопровода двухфазная жидкость

H - Стенки трубопровода тепловой

Параметры

Pipe length - Расстояние между портами трубопровода 5 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

Cross-sectional area - Внутренняя область, нормальная к направлению потока 0.01 m^2 (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения площади

Laminar flow upper Reynolds number limit - число Рейнольдса, ниже которого поток ламинарен 2e+3 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Turbulent flow lower Reynolds number limit - число Рейнольдса, выше которого поток турбулентен 4e+3 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Wall thickness - Средняя толщина материала стенки трубопровода 0 m (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

Wall thermal conductivity - Теплопроводность материала стенки трубопровода 390 W/(m*K) (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями степени/( длина * температура

Wall density - Массовая плотность материала стенки трубопровода 9e3 kg/m^3 (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения массы/объема

External fin efficiency - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внешними плавниками 0.5 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Internal fin efficiency - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внутренними плавниками 0.5 (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

Nusselt number for laminar flow heat transfer - Отношение конвективных к проводящим скоростям теплообмена в ламинарном режиме течения жидкости 3.66 (по умолчанию)

Initial fluid energy specification - Термодинамическая переменная, начальное значение которой устанавливается Temperature (по умолчанию) | Vapor quality | Vapor void fraction | Specific enthalpy | Specific internal energy

Initial pressure - Абсолютное давление в начале симуляции 0.101325 MPa (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Initial temperature - Абсолютная температура в начале симуляции 293.15 K (по умолчанию) | скалярный или двухэлементный вектор с модулями измерения температуры

Зависимости

Initial vapor quality - Массовая доля пара в начале симуляции 0.5 (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Зависимости

Initial vapor void fraction - Объемная доля пара в начале симуляции 0.5 (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

Зависимости

Initial specific enthalpy - Специфическая энтальпия в начале симуляции 1500 kJ/kg (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

Зависимости

Initial specific internal energy - Удельная внутренняя энергия в начале симуляции 1500 kJ/kg (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

Зависимости

Примеры моделей

Трубопровод испарения и конденсации жидкости

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + + Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`Z` - дроби длины зоны
физический сигнал

`A` - Открытие трубопровода
двухфазная жидкость

`B` - Открытие трубопровода
двухфазная жидкость

`H` - Стенки трубопровода
тепловой

`Pipe length` - Расстояние между портами трубопровода
`5 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

`Cross-sectional area` - Внутренняя область, нормальная к направлению потока
`0.01 m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения площади

`Laminar flow upper Reynolds number limit` - число Рейнольдса, ниже которого поток ламинарен
`2e+3` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Turbulent flow lower Reynolds number limit` - число Рейнольдса, выше которого поток турбулентен
`4e+3` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Wall thickness` - Средняя толщина материала стенки трубопровода
`0 m` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения длины

`Wall thermal conductivity` - Теплопроводность материала стенки трубопровода
`390 W/(mK)` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями степени/( длина температура

`Wall density` - Массовая плотность материала стенки трубопровода
`9e3 kg/m^3` (по умолчанию) | положительная скалярная величина с модулями измерения массы/объема

`External fin efficiency` - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внешними плавниками
`0.5` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Internal fin efficiency` - Отношение фактического теплообмена к идеальному с внутренними плавниками
`0.5` (по умолчанию) | положительный безюнитный скаляр

`Nusselt number for laminar flow heat transfer` - Отношение конвективных к проводящим скоростям теплообмена в ламинарном режиме течения жидкости
`3.66` (по умолчанию)

`Initial pressure` - Абсолютное давление в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

`Initial temperature` - Абсолютная температура в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скалярный или двухэлементный вектор с модулями измерения температуры

`Initial vapor quality` - Массовая доля пара в начале симуляции
`0.5` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

`Initial vapor void fraction` - Объемная доля пара в начале симуляции
`0.5` (по умолчанию) | безразмерным скаляром между 0 и 1

`Initial specific enthalpy` - Специфическая энтальпия в начале симуляции
`1500 kJ/kg` (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

`Initial specific internal energy` - Удельная внутренняя энергия в начале симуляции
`1500 kJ/kg` (по умолчанию) | скаляр с модулями энергии/массы

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®