E-NTU Heat Transfer

Подробная модель теплопередачи между двумя общими жидкостями

Библиотека:
Simscape / Жидкости / Интерфейсы Гидросистемы / Теплообменники / Основные Компоненты

Описание

Блок E-NTU Heat Transfer моделирует теплообмен между двумя общими жидкостями на основе стандартного метода NTU эффективности. Жидкие тепловые свойства заданы явным образом через физические сигналы Simscape™. Объединитесь с блоком Heat Exchanger Interface (TL), чтобы смоделировать перепад давления и изменение температуры между входом и выходом теплообменника.

Диалоговое окно блока обеспечивает выбор общих настроек теплообменника. Они включают концентрический трубопровод с параллелью и встречными потоками, интерпретатором-и-трубой с одной или несколькими передачами интерпретатора и поперечным течением со смешанными и несмешанными потоками. Типовая настройка позволяет вам смоделировать другие теплообменники на основе табличных данных об эффективности.

Настройки теплообменника

Уровень теплопередачи

Модель E-NTU задает уровень теплопередачи между жидкостями 1 и 2 в терминах параметра эффективности ε:

$\begin{matrix} Q_{1} = - Q_{2} = ϵ Q_{M a x}, & 0 < ε < 1 \end{matrix},$

где:

Q ₁ и Q ₂ является уровнями теплопередачи в жидкий 1 и жидкие 2.
Q _Max является максимальным возможным уровнем теплопередачи между жидким 1 и жидкими 2 в данном наборе условий работы.
ε является параметром эффективности.

Максимальный возможный уровень теплопередачи между этими двумя жидкостями

$Q_{M a x} = C_{M i n} (T_{1, I n} - T_{2, I n}),$

где:

_Min C является минимальным значением теплового коэффициента производительности:

$C_{M i n} = m i n ({\dot{m}}_{1} c_{p, 1}, {\dot{m}}_{2} c_{p, 2})$
T _{1, В} и T _{2, В} является входными температурами жидкого 1 и жидких 2.
${\dot{m}}_{1}$ и ${\dot{m}}_{2}$ массовые расходы жидкости жидкого 1 и жидких 2 в объем теплообменника через вход.
c _{p, 1} и c _{p, 2} является коэффициентами удельной теплоемкости при постоянном давлении жидкого 1 и жидких 2. Параметр Minimum fluid-wall heat transfer coefficient в диалоговом окне блока устанавливает нижнюю границу на позволенных значениях коэффициентов теплопередачи.

Эффективность теплообменника

Вычисления эффективности теплообменника зависят от типа расположения потока, выбранного в диалоговом окне блока. Для всех кроме Generic — effectiveness table, блок вычисляет тепловую обменную эффективность посредством аналитических выражений, записанных в терминах количества модулей передачи (NTU) и тепловое полное отношение. Количество модулей передачи задано как

$N T U = \frac{U_{O v e r a l l} A_{H e a t}}{C_{M i n}} = \frac{1}{C_{M i n} R_{O v e r a l l}},$

где:

NTU является количеством модулей передачи.
U _{В целом} является полным коэффициентом теплопередачи между жидким 1 и жидкими 2.
R _{В целом} является полным тепловым сопротивлением между жидким 1 и жидкими 2.
_Тепло A является совокупной областью первичных и вторичных, или поверхностей теплопередачи с плавниками.

Тепловое полное отношение задано как

$C_{r e l} = \frac{C_{M i n}}{C_{M a x}}$

где:

_Рэл C является тепловым полным отношением.

Полный коэффициент теплопередачи и тепловое сопротивление, используемое в вычислении NTU, являются функциями механизмов теплопередачи на работе. Эти механизмы включают конвективную теплопередачу между жидкостями и интерфейсом теплообменника и проводимостью через интерфейсную стену [2]:

$R_{O v e r a l l} = \frac{1}{U_{O v e r a l l} A_{H e a t}} = \frac{1}{h_{1} A_{H e a t, 1}} + R_{F o u l, 1} + R_{W a l l} + R_{F o u l, 2} + \frac{1}{h_{2} A_{H e a t, 2}},$

где:

h ₁ и h ₂ является коэффициентами теплопередачи между жидким 1 и интерфейсной стеной и между жидкими 2 и интерфейсной стеной.
_Тепло A_{, 1} и _Тепло A_{, 2} являются площадями поверхности теплопередачи на жидком 1 и жидких 2 сторонах.
_Фол R_{, 1} и _Фол R_{, 2} являются загрязняющимися сопротивлениями на жидком 1 и жидких 2 сторонах.
_Стена R является интерфейсной стеной тепловое сопротивление.

Теплопередача от жидкого 1 до жидких 2

Таблицы показывают, что некоторые аналитические выражения использовались для расчета эффективности теплообмена [1]. Параметр N отсылает к количеству передач интерпретатора и параметра ε ₁ к эффективности для одной передачи интерпретатора.

Концентрические трубы
Встречный поток	$ε = {\begin{matrix} \frac{1 - \exp [- N T U (1 - C_{r e l})]}{1 - C_{r e l} \exp [- N T U (1 - C_{r e l})]}, & если C_{r e l} < 1 \\ \frac{N T U}{1 + N T U}, & если C_{r e l} = 1 \end{matrix}$
Параллельный поток	$ε = \frac{1 - \exp [- N T U (1 + C_{r e l})]}{1 + C_{r e l}}$
Shell и метро
Одна передача интерпретатора и два, четыре, или шесть передач трубы	$ε_{1} = \frac{2}{1 + C_{r e l} + \sqrt{1 + C_{r e l}^{2}} \frac{1 + \exp (- N T U \sqrt{1 + C_{r e l}^{2}})}{1 - \exp (- N T U \sqrt{1 + C_{r e l}^{2}})}}$
Shell N передачи и 2N, 4N, или 6N передачи метро	$ε = \frac{{[(1 - ε_{1} C_{r e l}) / (1 - ε_{1})]}^{N} - 1}{{[(1 - ε_{1} C_{r e l}) / (1 - ε_{1})]}^{N} - C_{r e l}}$
Перекрестный поток (одна передача)
Обе несмешанные жидкости	$ε = 1 - \exp (\frac{\exp (- C_{r e l} N T U^{0.78}) - 1}{C_{r e l} N T U^{- 0.22}})$
Обе смешанные жидкости	$ε = \frac{1}{\frac{1}{1 - e x p (- N T U)} + \frac{C_{r e l}}{1 - \exp (- C_{r e l} N T U)} - \frac{1}{N T U}}$
C смешанный _Max, несмешанный _Min C	$ε = \frac{1}{C_{r e l}} (1 - \exp (- C_{r e l} (1 - \exp (- N T U))))$
C несмешанный _Max, смешанный _Min C	$ε = 1 - \exp (- \frac{1}{C_{r e l}} (1 - \exp (- C_{r e l} N T U)))$

Допущения и ограничения

Потоки являются однофазными. Теплопередача является строго одним из разумного тепла. Передача ограничивается внутренней частью обменника со средой ни получение тепла от, ни обеспечение тепла к потокам — теплообменник является адиабатическим компонентом.

Порты

H1 — Тепловой порт сохранения сопоставлен с входной температурой жидкого 1
H2 — Тепловой порт сохранения сопоставлен с входной температурой жидких 2
C1 Входной порт физического сигнала для теплового коэффициента производительности жидкого 1
C2 Входной порт физического сигнала для теплового коэффициента производительности жидких 2
HC1 — Входной порт физического сигнала для коэффициента теплопередачи между жидким 1 и интерфейсной стеной
HC2 — Входной порт физического сигнала для коэффициента теплопередачи между жидкими 2 и интерфейсной стеной

Параметры

Общая вкладка

Flow arrangement

Геометрия теплообменника. Общие конфигурации, которые можно выбрать, включают Parallel or counter flow, Shell and tube, и Cross flow. Выберите Generic — effectiveness table смоделировать другие конфигурации теплообменника на основе табличных данных об эффективности.

В Parallel or counter flow настройка, относительные направления потока жидкостей 1 и 2 определяют, основан ли теплообменник на параллели или встречных потоках. Направления потока зависят от остатка от модели Simscape Fluids™.

Number of shell passes

Число раз поток пересекает интерпретатор перед выходом.

Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Shell and tube. Значением по умолчанию является 1, соответствие одной передаче интерпретатора.

Cross flow type

Жидкая настройка смешивания. Жидкости могут быть смешаны или не смешаны. Блок использует смесительную настройку, чтобы определить который эмпирические корреляции теплопередачи использовать. Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Cross flow. Настройкой по умолчанию является Both fluids mixed.

Number of heat transfer units vector, NTU

M- вектор элемента из значений NTU, в которых можно задать табличные данные эффективности. Количество модулей передачи (NTU) является безразмерным параметром, заданным как

$N T U = \frac{A_{s} U}{C_{m i n}},$

где:

A _S является площадью поверхности теплопередачи.
U является полным коэффициентом теплопередачи.
_Min C является самым маленьким из тепловых коэффициентов производительности для горячих и холодных жидкостей.

Этот параметр отображается только, когда параметр Flow Arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table. Вектором по умолчанию является [0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0].

Thermal capacity ratio vector, CR

N- вектор элемента из тепловых полных отношений, в которых можно задать табличные данные эффективности. Тепловое полное отношение является частью

$C_{r} = \frac{C_{m i n}}{C_{m a x}},$

где _min C и C _макс. являются минимальными и максимальными тепловыми коэффициентами производительности. Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table. Вектором по умолчанию является [0.0, 0.25, 0.5, 0.75, 1.0].

Effectiveness table, E(NTU, CR)

M-by-N матрица со значениями эффективности теплообменника. Строки матрицы соответствуют различным значениям, заданным в параметре Number of heat transfer units vector, NTU. Столбцы матрицы соответствуют значениям, заданным в параметре Thermal capacity ratio vector, CR.

Этот параметр отображается только, когда параметр Flow arrangement устанавливается на Generic — effectiveness table. Таблица по умолчанию 6 5 матрица, располагающаяся в значении от 0.30 к 0.99.

Wall thermal resistance

Тепловое сопротивление интерфейсной стены, разделяющей две жидкости теплообменника. Блок использует этот параметр, чтобы вычислить уровень теплопередачи между жидкостями. Значением по умолчанию является 1.6e-4 k/W.

Управляемая жидкая 1 вкладка | управляемые жидкие 2 вкладки

Heat transfer surface area

Совокупная площадь поверхности для теплопередачи между холодными и горячими жидкостями. Значением по умолчанию является 0.01 м^2.

Fouling factor

Эмпирический параметр раньше определял количество увеличенного теплового сопротивления из-за залежей грязи на поверхности теплопередачи. Значением по умолчанию является 1e-4 m^2*K/W.

Minimum fluid-wall heat transfer coefficient

Наименьшее позволенное значение коэффициента теплопередачи. Коэффициенты теплопередачи, заданные через порты HC1 и HC2 физического сигнала, насыщают в этом значении. Значением по умолчанию является 5 W/(m^2*K).

Блок использует коэффициент теплопередачи, чтобы вычислить уровень теплопередачи между жидкостями 1 и 2 как описано в Уровне Теплопередачи.

Ссылки

[1] Холман, J. P. Теплопередача. 9-й редактор Нью-Йорк, Нью-Йорк: Макгроу Хилл, 2002.

[2] Шах, R. K. и Д. П. Секулик. Основные принципы проекта теплообменника. Хобокен, NJ: John Wiley & Sons, 2003.

Расширенные возможности

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

Введенный в R2016a

Документация

E-NTU Heat Transfer

Описание

Уровень теплопередачи

Эффективность теплообменника

Допущения и ограничения

Порты

Параметры

Общая вкладка

Управляемая жидкая 1 вкладка | управляемые жидкие 2 вкладки

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

Документация

E-NTU Heat Transfer

Описание

Уровень теплопередачи

Эффективность теплообменника

Допущения и ограничения

Порты

Параметры

Общая вкладка

Управляемая жидкая 1 вкладка | управляемые жидкие 2 вкладки

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Документация Simscape Fluids

Поддержка

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