Simple Heat Exchanger Interface (TL)

Тепловая граница между тепловой жидкостью и ее окружающей средой

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

Описание

Блок Simple Heat Exchanger Interface (TL) моделирует перепад давления и изменение температуры в тепловой жидкости, когда он пересекает длину тепловой границы, такой как заданная теплообменником. Теплопередача через тепловой интерфейс игнорируется. Смотрите составную блок-схему блока Heat Exchanger (TL-TL) 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. Является ли сжимаемость факторизованной в вычислениях блоков, зависит от установки параметра Thermal Liquid dynamic compressibility на вкладке Effects and Initial Conditions:

${\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} = {\begin{array}{l} (\frac{d p}{d t} \frac{1}{β} - \frac{d T}{d t} α) ρ V, & если T h e r m a l L i q u i d d y n a m i c c o m p r e s s i b i l i t y Включен \\ 0, & иначе \end{array},$

где:

$\dot{m}$ _* массовые массовые расходы жидкости через тепловые гидравлические порты.
p - внутреннее давление жидкости.
T - внутренняя температура жидкости.
ɑ - изобарный коэффициент теплового расширения.
β - изотермический модуль объемной упругости.
ρ - внутренняя плотность жидкости.
V - внутренний объем жидкости.

Если для параметра Thermal Liquid dynamic compressibility задано значение OffЖидкость обрабатывается как несжимаемая, и массовый расход жидкости через один тепловой гидравлический порт должен точно равняться расходу через другой тепловой гидравлический порт. Скорость накопления массы в этом случае равна нулю.

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 энергии через тепловые гидравлические 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 теплового гидравлического порта в другой вычисляется из индивидуальных перепадов давления из каждого теплового гидравлического порта во внутренний объем жидкости:

$p_{A} - p_{B} = Δ p_{A} - Δ p_{B},$

где:

p * - это давления жидкости в тепловых гидравлических портах.
Δp * - перепады давления из тепловых гидравлических 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 тепловых гидравлических портах.

Звездочка обозначает тепловой гидравлический порт (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 тепловые гидравлические 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 тепловой жидкости, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

Изобарное удельное тепло тепловой жидкости во внутреннем объеме жидкости тепловой границы.

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

Массовый расход жидкости тепловой жидкости во внутренней части тепловой границы. 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
тепловая жидкость

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

`B` - Открытие жидкости
тепловая жидкость

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

`H` - Тепловое условие на входе жидкости
тепловой

Тепловой порт, используемый для установки теплового условия в тепловом гидравлическом порте, служащем входом тепловой жидкости.

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.

`Thermal Liquid volume` - Объем тепловой жидкости внутри теплообменника
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

Объем тепловой жидкости, занимающей 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 тепловой жидкости
`0.01 m^2` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения площади

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

Эффекты и начальные условия

`Thermal Liquid dynamic compressibility` - Опция моделирования динамики давления внутри теплообменника
`On` (по умолчанию) | `Off`

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.

`Thermal Liquid initial temperature` - Температура внутри теплообменника в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Температура внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.

`Thermal Liquid initial pressure` - Давление внутри теплообменника в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

Давление внутреннего объема тепловой жидкости в начале симуляции.

Расширенные возможности

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

См. также

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

Введенный в R2017b

Документация

Simple Heat Exchanger Interface (TL)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Выход

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

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

Сохранение

`A` - Открытие жидкости
тепловая жидкость

`B` - Открытие жидкости
тепловая жидкость

`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

`Thermal Liquid volume` - Объем тепловой жидкости внутри теплообменника
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

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

Эффекты и начальные условия

`Thermal Liquid dynamic compressibility` - Опция моделирования динамики давления внутри теплообменника
`On` (по умолчанию) | `Off`

`Thermal Liquid initial temperature` - Температура внутри теплообменника в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Thermal Liquid initial pressure` - Давление внутри теплообменника в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

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 (TL)

Описание

Баланс массы

Энергетический баланс

Баланс импульса

Порты

Выход

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

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

Сохранение

A - Открытие жидкости тепловая жидкость

B - Открытие жидкости тепловая жидкость

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

Thermal Liquid volume - Объем тепловой жидкости внутри теплообменника 0.01 m^3 (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

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

Эффекты и начальные условия

Thermal Liquid dynamic compressibility - Опция моделирования динамики давления внутри теплообменника On (по умолчанию) | Off

Thermal Liquid initial temperature - Температура внутри теплообменника в начале симуляции 293.15 K (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

Thermal Liquid initial pressure - Давление внутри теплообменника в начале симуляции 0.101325 MPa (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

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 тепловой жидкости, `kJ/(kg*K)`
физический сигнал

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

`A` - Открытие жидкости
тепловая жидкость

`B` - Открытие жидкости
тепловая жидкость

`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

`Thermal Liquid volume` - Объем тепловой жидкости внутри теплообменника
`0.01 m^3` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения объема

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

`Thermal Liquid dynamic compressibility` - Опция моделирования динамики давления внутри теплообменника
`On` (по умолчанию) | `Off`

`Thermal Liquid initial temperature` - Температура внутри теплообменника в начале симуляции
`293.15 K` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения температуры

`Thermal Liquid initial pressure` - Давление внутри теплообменника в начале симуляции
`0.101325 MPa` (по умолчанию) | скаляр с модулями измерения давления

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