Предустановленные свойства жидкости для симуляции тепловой гидравлической сети
Simscape/Жидкости/Тепловая жидкость/Утилиты
Блок Thermal Liquid Properties (TL) устанавливает предопределенные свойства жидкости в тепловую гидравлическую сеть. Доступные жидкости включают чистую воду, водные смеси, дизельное топливо, авиационное топливо Jet A и 5W-30 SAE. Можно использовать этот блок как предустановленную альтернативу блоку Thermal Liquid Settings (TL). Если ваша сеть не имеет подключенного блока свойств жидкости, или будут применяться значения по умолчанию жидкости. Смотрите Задать Свойства Жидкости для получения дополнительной информации
Заданные свойства жидкости заданы в табличной форме как функции температуры и давления. Во время симуляции свойства сети задаются линейной интерполяцией между точками данных. Приведены табличные данные для водных смесей по массе или объему.
Все свойства жидкости, обычно заданные в блоке Thermal Liquid Settings (TL), заданы в блоке. Эти свойства включают плотность, модуль объемной упругости и коэффициент теплового расширения, удельную внутреннюю энергию и удельное тепло, а также кинематическую вязкость и теплопроводность. Свойства действительны в ограниченной области температур и давления, характерных для выбранной жидкости, и зависят, в случае смесей, от указанной концентрации. Симуляция разрешено только в этой области валидности.
Можно визуализировать свойства жидкости, определенные в блоке, и области давления и температуры валидности. Чтобы открыть утилиту визуализации, щелкните правой кнопкой мыши блок и выберите Fluids > Plot Fluid Properties. График обновляется автоматически после выбора свойства жидкости из выпадающего списка. Используйте кнопку Reload Data, чтобы регенерировать график всякий раз, когда изменяются выбор жидкости или параметры жидкости.
Визуализация данных плотности для 10% водной смеси глицерина
Области валидности заданы в блоке как матрицы нулей и таковых. Каждая строка соответствует табличной температуре, а каждый столбец - табличному давлению. Нуль обозначает некорректную точку останова, а единицу - допустимую точку останова. Эти матрицы валидности являются внутренними для блока и не могут быть изменены; их можно проверить только (с помощью утилиты визуализации данных блока).
В большинстве случаев матрицы валидности извлекаются непосредственно из табличных данных. Контуры давления смесей гликоля и глицерина не доступны из данных и получаются явно из параметров блоков. Рисунок ниже показывает пример области валидности для воды. Затененные квадраты указывают области температуры и давления за пределами области валидности.
Water
Свойства воды действительны при температуре выше тройного значения (273.160 K
) до значения критической точки (647.096 K
). Они действительны при давлениях выше большего значения тройной точки (611.657 Pa
) с одной стороны и зависящее от температуры значение насыщения с другой, до значения критической точки (22,064,000 MPa
). Давлениям ниже точки насыщения для заданной строки температур присваивается значение 0
в матрице валидности.
Seawater (MIT model)
Свойства морской воды действительны при температуре выше 0°C
до 120°C
(273.15 K
на 393.15 K
); они действительны при давлениях выше точки насыщения до максимального значения 12 MPa
. Давлениям ниже точки насыщения для заданной строки температур (и при заданном уровне концентрации) присваивается значение 0
в матрице валидности. Концентрации смеси могут варьироваться в значении от 0
на 0.12
на основе массовой дроби.
Ethylene glycol and water mixture
Свойства водной смеси этиленгликоля действительны в области, определяемом концентрацией смеси; они действительны при давлениях в пределах минимальной и максимальной границ, заданных в диалоговом окне блока (расширены горизонтально, чтобы охватить ширину строк температуры).
Нижняя граница температур всегда меньше минимальной температуры, извлеченной из имеющихся данных, и точки замерзания смеси (смесь должна находиться в жидком состоянии). Верхняя граница температуры всегда является максимальной температурой, извлеченной из данных. Концентрации смеси могут варьироваться в значении от 0
на 0.6
если используется базис массовой дроби, или из 0
на 1
если используется базис объемной дроби.
Propylene glycol and water mixture
Свойства водной смеси пропиленгликоля действительны по температуре и давлению, области значений описаны для случая Ethylene glycol and water mixture
. Концентрации смеси могут варьироваться в значении от 0
на 0.6
если используется базис массовой дроби, или из 0.1
на 0.6
если используется базис объемной дроби.
Glycerol and water mixture
Свойства водной смеси глицеринов действительны в пределах температуры и давления, как описано для случая Ethylene glycol and water mixture
. Концентрации смеси могут варьироваться в значении от 0
на 0.6
на базис массовой дроби.
Aviation fuel Jet-A
Свойства топлива Jet A действительны при температуре выше -50.93°C
до 372.46°C
(222.22 K
на 645.61 K
); они действительны при давлениях выше точки насыщения до максимального значения 2.41 MPa
. Давлениям ниже точки насыщения для заданной строки температур присваивается значение 0
в матрице валидности.
Diesel fuel
Свойства дизельного топлива действительны при температуре выше -34.95°C
до 417.82°C
(238.20 K
на 690.97 K
); они действительны при давлениях выше точки насыщения до максимального значения 2.29 MPa
. Давлениям ниже точки насыщения для заданной строки температур присваивается значение 0
в матрице валидности.
SAE 5W-30
Свойства SAE 5W-30 топлива получаются из данных, охватывающих различные области значений температур и давления для каждого свойства, но все расширены экстраполяцией до (-38, 200) C
и (0.01, 100) MPa
.
Из параметров блоков получают коэффициенты плотности и теплового расширения водных смесей соединений гликоля и глицерина. Плотность жидкости относительно давления и температуры вычисляется как:
где:
T - температура сети.
p - давление в сети.
ρ - плотность жидкости.
p R является эталонным давлением, сопоставленным с таблицами свойств жидкости.
ß - изотермический модуль объемной упругости.
где изменение плотности жидкости оценивается как:
Коэффициенттеплового расширения вычисляется как:
[1] Массачусетский технологический институт (MIT), Теплофизические свойства базы данных морской воды. http://web.mit.edu/seawater.
[2] K.G. Nayar, M.H. Sharqawy, L.D. Banchik, J.H. Lienhard V, Теплофизические свойства морской воды: Обзор и новые корреляции, которые включают зависимость от давления, опреснение, Vol. 390, pp. 1-24, 2016.
[3] M.H. Sharqawy, J.H. Lienhard V, S.M. Zubair, Теплофизические свойства морской воды: Обзор существующих корреляций и данных, Опреснение и очистка воды, Том 16, стр. 354-380.