Two-Phase Fluid Properties (2P)

Свойства жидкости для двухфазной гидросистемы

Библиотека

Двухфазная жидкость/утилиты

Описание

Блок Two-Phase Fluid Properties (2P) устанавливает теплофизические свойства жидкости в двухфазной гидросистеме. Эти свойства, которые включают плотность, вязкость и удельное тепло, среди прочего, могут простираться в суперкритическую область жидкости (вода, по умолчанию, со сверхкритической областью, простирающейся до 100 MPa в давлении).

Свойства применяются ко всей двухфазной гидросистеме (группа непрерывно соединенных двухфазных гидравлических блоков). Сеть может иметь только одну рабочую жидкость, и, следовательно, только один образец этого блока. Если сеть моделируется без этого блока, жидкость устанавливается на воду, и ее свойства получаются из определения области.

Блок параметрирует свойства жидкости с точки зрения давления и нормированной внутренней энергии - линейное преобразование удельной внутренней энергии. В переохлажденной жидкости нормированное внутреннее определение энергии

$\begin{matrix} \bar{u} = \frac{u - u_{m i n}}{u_{s a t}^{L} (p) - u_{m i n}} - 1, & u_{m i n} \leq u < u^{L}_{s a t} \end{matrix} (p),$

где:

$\bar{u}$ - нормированная внутренняя энергия жидкости.
u - удельная внутренняя энергия жидкости.
u _мин является самой низкой удельной внутренней энергией, допустимой в двухфазной гидросистеме.
u^L_satt - удельная внутренняя энергия жидкой фазы при насыщении.

В перегретом паре нормированное внутреннее определение энергии

$\begin{matrix} \bar{u} = \frac{u - u_{m a x}}{u_{m a x} - u_{s a t}^{V} (p)} + 2, & u^{V}_{s a t} (p) < u \leq u_{\max} \end{matrix},$

где:

u _max является самой высокой удельной внутренней энергией, допустимой в двухфазной гидросистеме.
u^V_satt - удельная внутренняя энергия паровой фазы при насыщении.

В двухфазной смеси нормированное внутреннее определение энергии

$\begin{matrix} \bar{u} = \frac{u - u_{s a t}^{L} (p)}{u_{s a t}^{V} (p) - u_{s a t}^{L} (p)}, & u^{L}_{s a t} (p) \leq u \leq u^{V}_{s a t} (p) \end{matrix} .$

Эти выражения соответствуют нормированной внутренней энергии, которая при всех давлениях -1 при минимальной допустимой удельной внутренней энергии, 0 при контуре насыщения жидкости, + 1 при контуре насыщения пара и + 2 при максимально допустимой удельной внутренней энергии.

В двухфазной смеси нормированная внутренняя энергия областей значений в значение от 0 до 1 и поэтому эквивалентна качеству пара - массовой доле паровой фазы в двухфазной смеси. В переохлажденной жидкости и перегретых парах нормированная внутренняя энергия ведет себя как расширение качества пара.

Нормированная внутренняя энергия обеспечивает преимущество перед конкретной внутренней энергией. Он преобразует p- u фазовую схему так, чтобы переохлажденная жидкость и перегретые паровые фазы занимали отдельные прямоугольные области. Это преобразование, показанное на рисунке, позволяет вам задать свойства жидкости на отдельных прямоугольных p - $\bar{u}$ сетки, по одной для каждой фазы.

Вектор давления длины N и два нормированных внутренних энергетических вектора длин M L и _M V обеспечивают ( p, $\bar{u}$ ) координаты двух сеток. Вектор давления является общим для обеих сеток. Переохлажденная жидкая сетка имеет M L- N в размере и перегретая паровая сетка M V-by- N.

Двухсторонние интерполяционные таблицы обеспечивают значения свойств жидкости на (p, $\bar{u}$ ) сетки. Строки таблицы соответствуют различным нормированным внутренним энергиям, а столбцы таблицы - давлениям. Свойства жидкости в p - $\bar{u}$ континуум вычисляются с помощью линейной интерполяции между p - $\bar{u}$ точки данных.

Интерполяционная таблица двухсторонних свойств

Насыщенные удельные векторы внутренней энергии обеспечивают контуры фазы в (p, $\bar{u}$ ) фазовая схема. Они разделяют различные области фазы схемы - переохлажденную жидкость, двухфазную смесь и перегретый пар.

Наряду с минимальными и максимально допустимыми значениями внутренней энергии, насыщенные векторы внутренней энергии позволяют блокам Двухфазной Жидкости преобразовать нормированные внутренние энергии, заданные в этом блоке, в конкретные внутренние энергии, которые они используют в целях вычисления.

Сверхкритические жидкости

Жидкость может стать сверхкритической. Затем жидкость и пар перестают существовать как отдельные фазы. Границы их насыщения объединяются, образуя то, что известно как псевдокритическая линия (на рисунке сегмент, простирающийся вверх от горба p - u фазовой схемы).

Псевдокритическая линия делит жидкость на жидкообразные и парообразные области. Однако, поскольку эти фазы уже не являются отдельными, переход между областями является постепенным, а не резким. Это означает, что в псевдокритической линии жидкие и пароподобные жидкости должны иметь одинаковые физические свойства.

Таблицы свойств

В этом блоке жидкообразный фрагмент сверхкритической области рассматривается как расширение жидкой фазы. Аналогично, пароподобный фрагмент рассматривается как удлинение паровой фазы. Другими словами, свойства сверхкритической жидкости разделяются на таблицы свойств жидкости и пара блока.

Однако различие между фазами является излишним в сверхкритической области. Для точек останова по критическому давлению таблицы свойств жидкости и паров должны быть согласованы в насыщенных контурах (или, более правильно, в псевдокритической линии). Затем сверхкритические фрагменты таблиц ведут себя как непрерывное целое.

Рассмотрим таблицы кинематической вязкости как пример. Нижняя строка параметра Liquid kinematic viscosity table, так как она соответствует нормированной удельной внутренней энергии 1, приводит данные для насыщенной жидкости. Элементы в этой строке, соответствующие давлениям в или выше критической точки, дают данные по псевдокритической линии.

Точно так же верхняя строка параметра Vapor kinematic viscosity table, так как она соответствует нормированной удельной внутренней энергии 1, приводит данные для насыщенного пара. Элементы в этой строке, соответствующие давлениям в или выше критической точки, поэтому дают данные по псевдокритической линии. Чтобы быть действительными, эти данные должны быть точно такими же, как и данные по псевдокритической линии в таблице жидкости.

Псевдокритическая линия

Псевдокритическая линия кодируется в контурах насыщения жидкой и паровой фаз. Они заданы в блоке через параметры Saturated liquid specific internal energy vector и Saturated vapor internal energy vector. При давлениях ниже критической точки значения в одном векторе обычно будут отличаться от значений в другом; однако выше критической точки один должен всегда равняться другому.

Псевдокритическая линия может принимать любую форму. Для простого приближения часто достаточно продлить удельную внутреннюю энергию критической точки вверх по оси давления. Это означает, что сверхкритические фрагменты насыщенных удельных внутренних энергетических векторов равны этому критическому значению. Если точная форма псевдокритической линии известна, то вместо этого могут использоваться специфические внутренние энергии вдоль этой линии.

Свойства теплового транспорта

Данные по тепловым транспортным свойствам - удельному теплу, теплопроводности и числу Прандтля - часто показывают большой пик около критической точки. Шкалы и размер пика могут в некоторых случаях вызвать числовые проблемы во время моделирования. Чтобы избежать таких проблем, блок позволяет обрезать пик. Эта опция задана в Thermal transport properties near critical point параметров блоков (путем установки на Clip peak values).

Усечение ограничено небольшой областью значений давления вокруг критической точки. Эта область значений задана как доля критического давления (f на рисунке), и он простирается в обоих направлениях (на одинаковое количество) от критического давления. В этой области значений каждый из тепловых свойств ограничен максимумом, заданным большим из двух его конечных значений. Рисунок показывает график числа Прандтля для воды с усечением.

Визуализация данных

Блок позволяет вам построить график заданных двухфазных свойств жидкости как функции давления и определенной внутренней энергии. Графическое изображение свойств позволяет вам визуализировать данные перед симуляцией модели.

Чтобы построить график данных, щелкните правой кнопкой мыши блок Two-Phase Fluid Properties (2P) в модели и в контекстном меню выберите Foundation Library > Plot Fluid Properties (3D) или Foundation Library > Plot Fluid Properties (Contours). Чтобы выбрать свойство для визуализации, используйте раскрывающийся список, расположенный в верхней части графика. Нажмите кнопку Reload, чтобы перегенерировать график после обновления параметров блоков.

График свойств жидкости (3D)

График свойств жидкости (контуры)

Параметры

Вкладка « параметры»

Minimum valid specific internal energy

Самая низкая удельная внутренняя энергия, допустимая в двухфазной гидросистеме. Значение по умолчанию 0 кДж/кг.

Maximum valid specific internal energy

Самая высокая удельная внутренняя энергия, допустимая в двухфазной гидросистеме. Значение по умолчанию 4000 кДж/кг.

Pressure vector

Вектор длины N содержащий значения давления, соответствующие столбцам таблиц свойств жидкости. Вектор по умолчанию является логарифмически разнесенным 100-элементным вектором в диапазоне от 1e-3 до 100 МПа (охватывающим как подкритические, так и сверхкритические области жидкости).

Critical pressure

Давление, при котором жидкость и пар перестают существовать как отдельные фазы. Установите этот параметр равным inf чтобы смоделировать жидкость, которая всегда является подкритической.

Thermal transport properties near critical point

Выберите, следует ли обрезать peaks тепловых транспортных свойств вблизи критической точки. (Пики часто являются острыми и большими, что может привести к численным задачам во время симуляции.) Ширина усечения области задается в Fraction above and below critical pressure for clipping параметров блоков (доступен когда Clip peak values выбран здесь). Установите этот параметр равным Do not clip peak values оставить тепловые транспортные свойства как есть.

Fraction above and below critical pressure for clipping

Область значений давления выше и ниже критического давления, выраженный в виде его доли, по которой можно зажимать peaks тепловых транспортных свойств. Этот параметр доступен, когда параметр Thermal transport properties near critical point установлен в Clip peak values.

Atmospheric pressure

Абсолютное давление окружающей среды двухфазной гидросистемы. Значение по умолчанию, 0.101325 Pa, - атмосферное давление на среднем уровне моря.

Dynamic pressure threshold for flow reversal

Динамическое давление, при котором поток в порту начинает обращаться назад в направлении. Simscape™. Динамическое давление является различием между общим давлением и статическим давлением. Обработайте этот параметр как средство для сглаживания разворота потока. Большие значения соответствуют более плавным обращениям, а меньшие - более резким обращениям. Значение по умолчанию 0.01 Па.

В области Двухфазной Жидкости используется схема вихря, которая выводит скорость потока жидкости в порту из его значения только вверх по ветру порта. Во время обращения потока источник значения скорости потока резко изменяется, и скорость потока жидкости может стать прерывистой. Чтобы предотвратить разрывы и улучшить сходимость моделирования, сглаживаются развороты потока с динамическим порогом давления, отмечающим начало сглаженных переходов.

Вкладка свойств жидкости

Normalized liquid internal energy vector: Вектор длины M L, содержащий нормированные внутренние энергетические значения, соответствующие строкам таблиц свойств жидкости. Вектор должен начинаться с -1 и заканчиваются на 0 (состояние насыщенной жидкости). По умолчанию это равномерно разнесенный вектор с 25 элементами.
Liquid specific volume table: M L × N матрица, содержащая значения удельного объема жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor specific volume table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Liquid specific entropy table: M L × N матрица, содержащая значения специфической энтропии жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor specific entropy table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Liquid temperature table: M L × N матрица, содержащая значения температуры жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor temperature table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Liquid kinematic viscosity table: M L × N матрица, содержащая значения кинематической вязкости жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor kinematic viscosity table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Liquid thermal conductivity table: M L × N матрица, содержащая значения теплопроводности жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor thermal conductivity table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Liquid Prandtl number table: M L × N матрица, содержащая значения числа Прандтля жидкости, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления жидкости. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Vapor Prandtl number table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Saturated liquid specific internal energy vector: Вектор длины N, содержащий значения удельной внутренней энергии насыщенной жидкости, соответствующие вектору давления. Элементы при критическом давлении или выше должны равняться их аналогам в Saturated vapor specific internal energy vector параметров блоков. По умолчанию это вектор со 100 элементами для воды.

Вкладка свойств пара

Normalized vapor internal energy vector: Вектор длины M V, содержащий нормированные значения внутренней энергии, соответствующие строкам таблиц свойств пара. Вектор должен начинаться с 1 (состояние насыщенного пара) и заканчиваются на 2. По умолчанию это равномерно разнесенный вектор с 25 элементами.
Vapor specific volume table: M V × N матрица, содержащая значения удельного объема пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid specific volume table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Vapor specific entropy table: M V × N матрица, содержащая специфические для пара значения энтропии, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid specific entropy table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Vapor temperature table: M V × N матрица, содержащая значения температуры пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid temperature table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Vapor kinematic viscosity table: M V × N матрица, содержащая значения кинематической вязкости пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid kinematic viscosity table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Vapor thermal conductivity table: M V × N матрица, содержащая значения теплопроводности пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid thermal conductivity table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Vapor Prandtl number table: M V × N матрица, содержащая значения числа Прандтля пара, соответствующие нормализованным векторам внутренней энергии и давления пара. Элементы на контуре насыщения и на уровне или выше критического давления должны равняться своим аналогам в параметре Liquid Prandtl number table. Матрица по умолчанию является таблицей 25 × 100 для воды.
Saturated vapor specific internal energy vector: Вектор длины N, содержащий значения внутренней энергии насыщенного пара, соответствующие вектору давления. Элементы при критическом давлении или выше должны равняться их аналогам в Saturated liquid specific internal energy vector параметров блоков. По умолчанию это вектор со 100 элементами для воды.

Порты

Блок имеет двухфазный порт жидкости. Этот порт идентифицирует двухфазную гидросистему, свойства жидкости которой обеспечивает блок.

Расширенные возможности

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

См. также

twoPhaseFluidTables

Темы

Вручную сгенерируйте таблицы свойств жидкости

Введенный в R2015b

Документация

Two-Phase Fluid Properties (2P)

Библиотека