Тепловая граница между тепловой жидкостью и ее окружающей средой
Гидросистема интерфейсов/теплообменников/основных компонентов
Блок Heat Exchanger Interface (TL) моделирует перепад давления и изменение температуры между входным отверстием тепловой жидкости и выходным отверстием тепловой границы. Объедините с блоком E-NTU Heat Transfer, чтобы смоделировать скорость теплопередачи через интерфейс между двумя жидкостями.
Форма уравнения баланса массы зависит от установки динамической сжимаемости. Если для параметра Fluid dynamic compressibility задано значение Off, уравнение баланса массы
где:
и - массовые расходы жидкости в интерфейс через порты А и B.
Если для параметра Fluid dynamic compressibility задано значение On, уравнение баланса массы
где:
p - давление объема тепловой жидкости.
T - температура объема тепловой жидкости.
α - изобарный коэффициент теплового расширения объема тепловой жидкости.
β - изотермический модуль объемной упругости объема тепловой жидкости.
ρ - массовая плотность объема тепловой жидкости.
V - объем тепловой жидкости на границе раздела теплообменника.
Баланс импульса в интерфейсе теплообменника зависит от установки динамической сжимаемости жидкости. Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости задано значение On, коэффициенты баланса импульса во внутреннем давлении интерфейса теплообменника явно. Баланс импульса в полутоме между портом А и внутренним узлом интерфейса вычисляется как
в то время как в половине объема между портом B и внутренним узлом интерфейса он вычисляется как
где:
p A и p B являются давлениями в портах А и B.
p - давление во внутреннем узле тома интерфейса.
Δp Loss, A и Δp Loss, B - падения давления между портом А и внутренним узлом интерфейса и между портом B и внутренним узлом интерфейса.
Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости задано значение Offбаланс импульса в томе интерфейса вычисляется непосредственно между портами А и B как
Точная форма условий падения давления зависит от настройки Pressure loss parameterization в диалоговом окне блока. Если параметризация падения давления установлена в Constant loss coefficient, падение давления в половине объема, прилегающей к порту А,
в то время как в половине объема, соседствующего с портом B, это
где:
μ A и μ B являются динамическими вязкостями жидкости в портах А и B.
CP Loss является параметром Pressure loss coefficient, заданным в диалоговом окне блока.
Re L является верхней границей числа Рейнольдса для ламинарного режима течения жидкости.
Re T является нижней границей числа Рейнольдса для турбулентного режима течения.
D h, p - гидравлический диаметр для вычислений падения давления.
ρ A и ρ B являются плотностями массы жидкости в портах А и B.
S Min является общей минимальной площадью свободного потока.
Если параметризация падения давления установлена в Correlations for tubes, падение давления в половине объема, прилегающей к порту А,
в то время как в половине объема, соседствующего с портом B, это
где:
L press - длина пути потока от входного отверстия до выхода.
L add является совокупной эквивалентной длиной локальных сопротивлений.
f T, A и f T, B являются коэффициентами трения Дарси турбулентного режима в портах А и B.
Коэффициент трения Дарси в половинном объеме, соседствующем с портом А,
в то время как в половине объема, соседствующего с портом B, это
где:
r - абсолютная шероховатость внутренней поверхности.
Если параметризация падения давления установлена в Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number, падение давления в половине объема, прилегающей к порту А,
в то время как в половине объема, соседствующего с портом B, это
где:
λ является масштабным фактором для ламинарного течения вязкого трения.
f (Re A) и f (Re B) являются коэффициентами трения Дарси в портах А и B. Блок получает коэффициенты трения из табличных данных, заданных относительно числа Рейнольдса.
Если параметризация падения давления установлена в Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number, падение давления в половине объема, прилегающей к порту А,
в то время как в половине объема, соседствующего с портом B, это
где:
Eu (Re L) - число Эйлера в верхней границе числа Рейнольдса для ламинарных течений.
Eu (Re A) и Eu (Re B) являются числами Эйлера в портах А и B. Блок получает числа Эйлера из табличных данных, заданных относительно числа Рейнольдса.
Энергетический баланс в интерфейсе теплообменника зависит от установки динамической сжимаемости жидкости. Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости задано значение On, энергетический баланс
где:
U - внутренняя энергия, содержащаяся в объеме интерфейса теплообменника.
Φ A и Φ B - это скорости потока жидкости энергии через порты А и B в объем интерфейса теплообменника.
Q H - скорость теплового потока через порт H, представляющий стенку интерфейса, в объем теплообменного интерфейса.
Внутренние производные энергии заданы как
и
где u - удельная внутренняя энергия тепловой жидкости или внутренняя энергия, содержащаяся в модуле массе.
Если для параметра Динамическая сжимаемость жидкости задано значение Offплотность тепловой жидкости обрабатывают как константу. Затем модуль объемной упругости фактически бесконечна, и коэффициент теплового расширения равен нулю. Производные давления и температуры сжимаемого случая исчезают, и энергетический баланс переформулируется как
где E - общая внутренняя энергия несжимаемой тепловой жидкости, или
Блок вычисляет и выводит значение коэффициента теплопередачи стенки жидкости. Расчет зависит от настройки Heat transfer coefficient specification в диалоговом окне блока. Если задан коэффициент теплопередачи Constant heat transfer coefficientкоэффициент теплопередачи является просто постоянным значением, заданным в диалоговом окне блока,
где:
h L-W является коэффициентом теплопередачи на стенке жидкости.
h Const - это Liquid-wall heat transfer coefficient value, заданная в диалоговом окне блока.
Для всех других параметров коэффициента теплопередачи, коэффициент теплопередачи определяется как арифметика среднего значения коэффициентов теплопередачи порта:
где:
h A и h B являются коэффициентами теплопередачи на стенке жидкости в портах А и B.
Коэффициент теплопередачи в порте А является
в то время как в порте B это
где:
Nu A и Nu B являются номерами Нуссельта в портах А и B.
k A и k B являются теплопроводностями в портах А и B.
D h, тепло является гидравлическим диаметром для вычислений теплопередачи.
Гидравлический диаметр, используемый в вычислениях теплопередачи, определяется как
где:
L тепла - это длина пути потока, используемая в вычислениях теплопередачи.
S тепло - это общая площадь поверхности теплопередачи.
Вычисление числа Нуссельта зависит от настройки Heat transfer coefficient specification в диалоговом окне блока. Если для спецификации теплопередачи задано значение Correlations for tubes, номер Нуссельта в порте А
в то время как в порте B это
где:
Nu L является Nusselt number for laminar flow heat transfer значением, заданным в диалоговом окне блока.
Pr A и Pr B являются номерами Prandtl в портах А и B.
Если для спецификации теплопередачи задано значение Tabulated data — Colburn data vs. Reynolds number, номер Нуссельта в порте А
в то время как в порте B это
где:
j (Re A, тепло) и j (Re B, тепло) являются числами Колбёрна в портах А и B. Блок получает числа Колбёрна из табличных данных, предоставленных как функция от числа Рейнольдса.
Re A, тепла и Re B, тепло являются числами Рейнольдса, основанными на гидравлических диаметрах для вычислений теплопередачи в портах А и B. Этот параметр определяется в порте А как
и в порте B как
Если для спецификации теплопередачи задано значение Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number, номер Нуссельта в порте А
в то время как в порте B это
Гидравлический диаметр, используемый в расчетах теплопередачи, может отличаться от гидравлического диаметра, используемого в расчетах падения давления, и отличается, если периметры нагреваемого и трения не совпадают. Для концентрического трубопровода теплообменника с кольцевым поперечным сечением гидравлический диаметр для вычислений теплопередачи:
в то время как гидравлический диаметр для вычисления давления
где:
D o - диаметр наружного кольцевого пространства.
D i - внутренний диаметр затрубного пространства.
Схема кольцевого пространства
Совокупная площадь потока, свободная от препятствий, основанная на наименьшем интервале между трубами или тангаже гофрирования. Значение по умолчанию 0.01 м ^ 2.
Гидравлический диаметр труб или каналов, содержащих теплообменный интерфейс. Гидравлический диаметр является отношением площади поперечного сечения потока к периметру канала. Значение по умолчанию 0.1 м.
Число Рейнольдса, соответствующее верхней границе ламинарного режима течения жидкости. Поток переходит к турбулентному значению выше этого значения. Значение по умолчанию 2000.
Число Рейнольдса, соответствующее нижней границе турбулентного режима течения. Поток переходит к ламинарному значению ниже этого значения. Значение по умолчанию 4000.
Параметризация, используемая для вычисления падения давления между входным и выходным отверстиями. Можно предположить коэффициент постоянных потерь, использовать эмпирические корреляции для трубок или задать табличные данные для коэффициента трения Дарси или числа Эйлера. Настройкой по умолчанию является Constant loss coefficient.
Безразмерное число для вычисления падения давления между входным и выходным отверстиями. Коэффициент падения давления принимается постоянным и тем же самым для прямых и обратных течений. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Constant loss coefficient. Значение по умолчанию .1.
Расстояние, пройденное жидкостью, от входного отверстия до выхода. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Correlations for tubes или Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Значение по умолчанию 1 м.
Падение давления из-за локальных сопротивлений, таких как повороты, входные отверстия и подборы кривой, выраженное в виде эквивалентной длины этих сопротивлений. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Correlations for tubes. Значение по умолчанию 0.1 м.
Средняя высота всех поверхностных дефектов на внутренней поверхности трубопровода. Шероховатость поверхности позволяет вычислять коэффициент трения в турбулентном режиме течения. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Correlations for tubes. Значение по умолчанию 15e-6 м.
Коэффициент пропорциональности конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме. Этот масштабный фактор кодирует эффекты геометрии компонента на ламинарные потери на трение. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Correlations for tubes. Значение по умолчанию 64.
Вектор M-элемента из чисел Рейнольдса, при котором можно задать коэффициент трения Дарси. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для коэффициента трения Дарси. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию является вектором с 12 элементами в диапазоне значений от 400 на 1e8.
Вектор M-элемента коэффициентов трения Darcy, соответствующих значениям, заданным в параметре Reynolds number vector for Darcy friction factor. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для коэффициента трения Дарси. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Tabulated data — Darcy friction factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию является вектором с 12 элементами в диапазоне значений от 0.0214 на 0.2640.
Вектор M-элемента чисел Рейнольдса, при котором можно задать число Эйлера. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для числа Эйлера. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number.
Вектор M-элемента чисел Эйлера, соответствующих значениям, заданным в параметре Reynolds number vector for Euler number. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для числа Эйлера. Этот параметр видим, только если параметр Pressure loss parameterization установлен в Tabulated data — Euler number vs. Reynolds number.
Параметризация, используемая для вычисления скорости теплопередачи между жидкостями теплообменника. Можно предположить коэффициент постоянных потерь, использовать эмпирические корреляции для трубок или задать табличные данные для числа Колбёрна или Нуссельта. Настройкой по умолчанию является Constant loss coefficient.
Совокупная площадь поверхности, доступная для теплопередачи между жидкостями теплообменника. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Correlation for tubes, Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number, или Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Значение по умолчанию 0.4 м ^ 2.
Коэффициент теплопередачи между тепловой жидкостью и поверхностью теплопередачи. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Constant heat transfer coefficient. Значение по умолчанию 100.
Расстояние, пройденное жидкостью, вдоль которой происходит теплообмен. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Correlation for tubes, Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number, или Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Значение по умолчанию 1 м.
Коэффициент пропорциональности конвективной и проводящей теплопередачи в ламинарном режиме. Этот параметр позволяет вычислять скорости конвективного теплопередачи в ламинарных течениях. Соответствующее значение для использования зависит от геометрии компонента. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Correlation for tubes. Значение по умолчанию 3.66.
Вектор M-элемента из чисел Рейнольдса, при котором можно задать коэффициент Колборна. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для числа Колберна. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию [100.0, 150.0, 1000.0].
Вектор M-элемента коэффициентов Колборна, соответствующих значениям, заданным в параметре Reynolds number vector for Colburn number. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для коэффициента Колборна. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Tabulated data — Colburn factor vs. Reynolds number. Вектор по умолчанию [0.019, 0.013, 0.002].
Вектор M-элемента чисел Рейнольдса, при котором можно задать число Нуссельта. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для числа Нуссельта. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Вектор по умолчанию [100.0, 150.0, 1000.0].
N-вектор чисел Прандтля, при которых можно задать число Нуссельта. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для числа Нуссельта. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Вектор по умолчанию является [1.0, 10.0].
M-на-N матрица чисел Нуссельта, соответствующих значениям, заданным в параметрах Reynolds number vector for Nusselt number и Prandtl number vector for Nusselt number. Блок использует этот вектор, чтобы создать интерполяционную таблицу для фактора Нуссельта. Этот параметр видим, только когда параметр Heat transfer parameterization установлен в Tabulated data — Nusselt number vs. Reynolds number & Prandtl number. Матрица по умолчанию [3.72, 4.21; 3.75, 4.44; 4.21, 7.15].
Эмпирический параметр для количественной оценки повышенного термического сопротивления из-за отложений грязи на поверхности теплопередачи. Значение по умолчанию 1e-4 м ^ 2 * К/Вт.
Опция для моделирования динамики давления в теплообменнике. Установка этого параметра на Off удаляет члены производной по давлению из уравнений энергии и сохранения массы компонента. Давление в теплообменнике затем уменьшается до взвешенного среднего значения двух давления в порте.
Температура внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.
Давление внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.
A - Порт терможидкости, представляющий вход тепловой жидкости
B - Порт терможидкости, представляющий выходное отверстие тепловой жидкости
C - Выходной порт физического сигнала для скорости тепловой емкости тепловой жидкости
H - Тепловой порт сопоставлен с температурой входного отверстия тепловой жидкости
HC - Выходной порт физического сигнала для коэффициента теплопередачи между тепловой жидкостью и стенкой интерфейса
