Simple Heat Exchanger Interface (G)

Тепловая граница между газом и его окружающей средой

Библиотека:
Simscape/Жидкости/Интерфейсы Гидравлической сети/Теплообменники/Основные компоненты

Описание

Блок Simple Heat Exchanger Interface (G) моделирует перепад давления и изменение температуры в газе, когда он пересекает длину тепловой границы, такой как заданная теплообменником. Теплопередача через тепловой интерфейс игнорируется. Смотрите составную блок-схему блока Heat Exchanger (G-G) для примера, показывающего, как объединить эти два блока.

Перепад давления вычисляется как функция от массового расхода жидкости из табличных данных, заданных при некоторых ссылках давлении и температуре. Вычисление основано на линейной интерполяции, если массовый расход жидкости находится в границах табличных данных, и на экстраполяции по ближайшему соседу в противном случае. Другими словами, соседние точки данных соединяются через прямолинейные сегменты с узлами в границах массового расхода жидкости, простирающимися горизонтально наружу.

Линейная интерполяция (слева) и экстраполяция по ближайшему соседу (справа)

Расчеты блоков основаны на состояниях и свойствах жидкости - температуре, плотности и конкретной внутренней энергии - при входе в тепловой интерфейс. Вход резко изменяется от одного порта к другому во время обращения потока, вводя разрывы в значения этих переменных. Чтобы исключить эти разрывы, блок сглаживает затронутые переменные при массовых расходах жидкости жидкости ниже заданного порогового значения.

Сглаживание входной температуры ниже массового расхода жидкости порога

Баланс массы

Mass может войти и выйти 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. Сжимаемость газа всегда учитывается, причем его значение определяется в диалоговом окне Gas Properties (G) блока. Баланс массы в интерфейсе может затем быть выражен как:

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

где:

M - масса внутреннего объема жидкости тепловой границы.
p - внутреннее давление жидкости.
T - внутренняя температура жидкости.
$\dot{m}$ _* массовые массовые расходы жидкости через газовые порты.

Энергетический баланс

Энергия может войти и выйти из тепловой границы двумя способами: с потоком жидкости через порты A и B и с тепловым потоком через порт H. Никакая работа не выполняется на или жидкостью внутри интерфейса. Скорость накопления энергии во внутреннем объеме жидкости интерфейса должна равняться сумме энергетических скоростей потока жидкости через все три порта:

$\frac{\partial E}{\partial p} \frac{d p}{d t} + \frac{\partial E}{\partial T} \frac{d T}{d t} = ϕ_{A} + ϕ_{B} + Q_{H},$

где:

E - общая энергия во внутреннем объеме жидкости теплового интерфейса.
ϕ * - это скорости потока жидкости энергии через газовые порты.
Q - тепловая скорость потока жидкости через тепловой порт.

Баланс импульса

Расчет перепада давления полностью основан на заданных вами табличных данных. Причины перепада давления игнорируются, за исключением эффектов, которые они могут иметь для заданных данных. Общий перепад давления из одного порта газа в другой вычисляется из индивидуальных перепадов давления из каждого порта газа во внутренний объем жидкости:

$p_{A} - p_{B} = Δ p_{A} - Δ p_{B},$

где:

p * - это давления жидкости в газовых портах.
Δp * - перепады давления из газовых портов во внутренний объем жидкости:

$Δ p_{*} = p_{*} - p,$
с p как давление во внутреннем объеме жидкости.

Табличные данные задаются при ссылке давлении и температуре, от которых вычисляется параметр третьей ссылки, базовая плотность. Отношение базовой плотности к фактической плотности порта служит коррекции фактором в отдельных уравнениях перепада давления, каждый из которых определяется как:

$Δ p_{*} = Δ p ({\dot{m}}_{*}) \frac{ρ_{R}}{ρ_{*}},$

где:

.Rp ( $\dot{m}$ ) - это табличная функция перепада давления.
ρ * - это плотности жидкости в газовых портах.

Звездочка обозначает порт газа (A или B), в котором задан параметр или переменная. Индекс R обозначает ссылку значение. Плотность на входе в интерфейс сглаживается ниже массового расхода жидкости порога путем введения гиперболического термина ɑ:

$ρ_{*, smooth} = ρ_{*} (\frac{1 + α}{2}) + ρ (\frac{1 - α}{2}),$

где ρ _{сглаженным} - это сглаженная плотность во входном порту, _ρ * - не смоченная плотность в том же порте, и ρ - плотность во внутреннем объеме жидкости. Гиперболический термин сглаживания определяется как:

$α = tanh (4 \frac{{\dot{m}}_{в среднем}}{{\dot{m}}_{th}}),$

где $\dot{m}$ _avg - среднее значение массовых расходов жидкости через газовые порты и $\dot{m}$ _th - порог массового расхода жидкости, заданный в диалоговом окне блока. Этот порог определяет ширину области массового расхода жидкости, по которой можно сглаживать плотность жидкости. Средний массовый расход жидкости определяется как:

${\dot{m}}_{avg} = \frac{{\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B}}{2}$

Порты

Выход

расширить все

`CP` - Изобарическое удельное тепло газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

Изобарное удельное тепло газа во внутреннем объеме жидкости тепловой границы.

`M` - Массовый расход тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

Массовый расход жидкости газа во внутреннем объеме жидкости на границе раздела. Выходной сигнал положителен, когда скорость потока жидкости направляется от порта A к порту B и отрицателен в противном случае.

Сохранение

расширить все

`A` - Открытие жидкости
газ

Открытие, посредством которого газ может войти и выйти из тепловой границы.

`B` - Открытие жидкости
газ

Открытие, посредством которого газ может войти и выйти из тепловой границы.

`H` - Тепловое условие на входе жидкости
тепловой

Тепловой порт, используемый для установки теплового условия в газовом порту, служащем входом газа.

Параметры

расширить все

Вкладка падения давления

`Mass flow rate vector` - Массовые расходы жидкости жидкости, при которых можно задать данные перепада давления
`[.3, .5, 1, 1.5, 2, 2.5] kg/s` (по умолчанию) | K -элементный массив с модулями измерения массы/времени

Массив массовых расходов жидкости, при которых можно задать табличные данные перепада давления.

`Pressure drop vector` - Данные перепада давления, соответствующие заданным массовым расходам
`[3, 5, 10, 25, 35, 50] * 1e-3 MPa` (по умолчанию) | K -элементный массив с модулями измерения давления

Массив перепадов давления между входным и выходным отверстиями, соответствующих сведенным в таблицу массовым расходам жидкости данным.

`Reference inflow temperature` - Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Температура, при которой заданы табличные данные перепада давления.

`Reference inflow pressure` - Давление, при котором заданы табличные данные перепада давления
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Давление, при котором заданы табличные данные перепада давления. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить параметр третьей ссылки, базовую плотность. Ссылка, которую он использует для масштабирования табличных данных перепада давления для давлений и температур, отклоняющихся от исходных условий.

`Mass flow rate threshold for flow reversal` - Массовый расход жидкости, ниже которого можно сглаживать числовые данные
`1e-6 kg/s` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/времени

Массовый расход жидкости, ниже которого можно инициировать плавное обращение потока, чтобы предотвратить разрывы в данных моделирования.

`Gas volume` - Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

Объем газа, занимающего теплообменник в любой момент времени. Начальные условия, заданные на вкладке Effects and Initial Conditions, применяются к этому тому. Объем является постоянным во время симуляции.

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` - Площадь потока в входных отверстиях газа
`0.01 m^2` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади

Площадь потока в входных отверстиях газа. Входные отверстия A1 и B1 приняты идентичными по размеру.

Вкладка Переменные

`Temperature of gas volume` - Температура внутреннего объема газа в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Температура внутреннего объема газа в начале симуляции.

`Pressure of gas volume` - Давление внутреннего объема газа в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Давление внутреннего объема газа в начале симуляции.

`Density of gas volume` - Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/объема

Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции.

Расширенные возможности

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

См. также

Heat Exchanger Interface (G) | Simple Heat Exchanger Interface (TL) | Specific Dissipation Heat Transfer

Введенный в R2017b

Документация

Simple Heat Exchanger Interface (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Выход

`CP` - Изобарическое удельное тепло газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

`M` - Массовый расход тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

Сохранение

`A` - Открытие жидкости
газ

`B` - Открытие жидкости
газ

`H` - Тепловое условие на входе жидкости
тепловой

Параметры

`Reference inflow temperature` - Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Reference inflow pressure` - Давление, при котором заданы табличные данные перепада давления
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

`Mass flow rate threshold for flow reversal` - Массовый расход жидкости, ниже которого можно сглаживать числовые данные
`1e-6 kg/s` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/времени

`Gas volume` - Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` - Площадь потока в входных отверстиях газа
`0.01 m^2` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади

`Temperature of gas volume` - Температура внутреннего объема газа в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Pressure of gas volume` - Давление внутреннего объема газа в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

`Density of gas volume` - Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/объема

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

Simple Heat Exchanger Interface (G)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Выход

CP - Изобарическое удельное тепло газа, kJ/(kg*K) физический сигнал

M - Массовый расход тепловой жидкости, kg/s физический сигнал

Сохранение

A - Открытие жидкости газ

B - Открытие жидкости газ

H - Тепловое условие на входе жидкости тепловой

Параметры

Reference inflow temperature - Температура, при которой заданы данные перепада давления 293.15 K (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Reference inflow pressure - Давление, при котором заданы табличные данные перепада давления 0.101325 MPa (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Mass flow rate threshold for flow reversal - Массовый расход жидкости, ниже которого можно сглаживать числовые данные 1e-6 kg/s (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/времени

Gas volume - Объем газа в теплообменнике 0.01 m^3 (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

Cross-sectional area at ports A1 and B1 - Площадь потока в входных отверстиях газа 0.01 m^2 (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади

Temperature of gas volume - Температура внутреннего объема газа в начале симуляции 293.15 K (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Pressure of gas volume - Давление внутреннего объема газа в начале симуляции 0.101325 MPa (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Density of gas volume - Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции 1.2 kg/m^3 (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/объема

Расширенные возможности

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

См. также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

`CP` - Изобарическое удельное тепло газа, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

`M` - Массовый расход тепловой жидкости, `kg/s`
физический сигнал

`A` - Открытие жидкости
газ

`B` - Открытие жидкости
газ

`H` - Тепловое условие на входе жидкости
тепловой

`Reference inflow temperature` - Температура, при которой заданы данные перепада давления
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Reference inflow pressure` - Давление, при котором заданы табличные данные перепада давления
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

`Gas volume` - Объем газа в теплообменнике
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

`Cross-sectional area at ports A1 and B1` - Площадь потока в входных отверстиях газа
`0.01 m^2` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади

`Temperature of gas volume` - Температура внутреннего объема газа в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Pressure of gas volume` - Давление внутреннего объема газа в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

`Density of gas volume` - Плотность внутреннего объема газа в начале симуляции
`1.2 kg/m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения массы/объема

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