热交换器接口 (TL)

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导热流体与其周围环境之间的热边界。

类型: EngeeFluids.HeatExchangers.EffectivenessNTU.Interfaces.ThermalLiquid

图书馆中的路径:

/Physical Modeling/Fluids/Heat Exchangers/Fundamental Components/Heat Exchanger Interface (TL)

说明

程序块 热交换器接口 (TL) 表示导热流体网络中的边界，用于流体之间的热传递。该程序块模拟导热流体入口和出口之间的压降和温度变化，并与*E-NTU 热交换器* 程序块相结合，模拟两种流体界面上的热流。

质量守恒

质量守恒方程的形式取决于动态可压缩性设置。如果未选中 热液 1 动态可压缩性 ，质量守恒方程的形式如下：

其中是质量流量。下标表示端口 A 和 B。

如果选中 热液 1 动态可压缩性 ，复选框，质量守恒方程的形式如下：

其中

- 是导热液体的压力；
- 导热液体的温度
- 导热液体的等压热膨胀系数
- 导热液体的等温弹性模量；
- 导热液体的质量密度；
- 热交换器边界处导热液体的体积。

动量守恒

换热器边界处的动量守恒取决于流体的动态可压缩性设置。如果选中 热液 1 动态可压缩性 复选框，则动量守恒明确取决于换热器边界处的内部压力。端口 A 中一半体积的动量守恒方程为

端口 B 中一半体积的动量守恒方程的形式是：

其中

和是端口 A 和 B 的压力；
- 内部节点的压力；
和 - 端口 A 和内部节点之间以及端口 B 和内部节点之间的压力损失。

如果不选中 热液 1 动态可压缩性 ，则直接计算端口 A 和 B 之间的动量守恒：

压力损失计算

压力损失计算取决于参数 压力损失模型 的值。如果 压力损失模型 设置为 `压力损失系数`则端口 A 相邻半容积内的压力损失为

而与端口 B 相邻的半体积内的压力损失为：

其中

和是端口 A 和 B 中液体的动态粘度；
- 参数值 压力损失系数 ；
- 层流的雷诺数上限；
- 湍流的雷诺数下限；
- 用于计算压力损失的水力直径；
- 接口 A 和 B 的流体密度；
- 最小自由流动总面积。

如果参数 压力损失模型 设置为 管内流量相关性，则端口 A 附近一半体积内的压力损失为：

而与端口 B 相邻的半体积内的压力损失为：

其中

- 是从入口到出口的流道长度；
- 计算等效损失时的管道长度；
以及 - 港口 A 和 B 湍流状态下的达西摩擦系数。

与 A 端口相邻的一半体积内的达西摩擦系数等于：

而与*B* 端口相邻的一半体积内的达西摩擦系数为：

其中是内表面的绝对粗糙度。

如果 压力损失模型 设置为 表格数据 - 达西摩擦因数与雷诺数的关系，则端口 A 附近一半体积内的压力损失为：

而与端口 B 相邻的半体积内的压力损失为：

其中

- 是层流粘性摩擦的形状系数；
和是端口 A 和 B 的达西摩擦系数。该程序块可从与雷诺数相关的表格数据中获取摩擦系数。

如果参数 压力损失模型 设置为 表格数据 - 欧拉数与雷诺数的关系，则端口 A 附近一半体积内的压力损失为

而与端口 B 相邻的半体积内的压力损失为：

其中

- 是层流时雷诺数上限的欧拉数；
和是端口 A 和 B 的欧拉数。该程序块可从与雷诺数相关的指定表格数据中获取欧拉数。

能量守恒

热交换器边界的能量守恒取决于流体的动态可压缩性设置。如果选中 热液 1 动态可压缩性 复选框，能量守恒方程的形式为

其中

- 是热交换器边界处液体体积的内能；
和 - 分别为端口 A 和 B 的能量通量；
- 通过代表热边界的端口 H 进入块体的热通量。

内能的导数定义如下

其中是导热流体的比内能，或单位质量导热流体所含的内能。

如果不选中 热液 1 动态可压缩性 复选框，导热流体的密度将被视为常数。此时体积弹性模量实际上为无限大，热膨胀系数为零。不考虑可压缩情况下的压力和温度导数，能量守恒方程用以下形式表示：

其中是不可压缩导热流体的总内能：

传热关系

该模块计算并输出流体与壁面之间的传热系数值。计算方法取决于参数 传热系数模型 的值。

如果参数 传热系数模型 设置为 恒定传热系数，则传热系数的恒定值由程序块参数设置：

其中

- 是流体与壁面之间的传热系数；
- 参数值 液壁传热系数 。

对于所有其他参数值 传热系数模型 ，传热系数定义为各端口传热系数的算术平均值：

其中和是端口 A 和 B 中液体与壁之间的传热系数。

端口 A 的传热系数等于：

端口*B*的传热系数为

其中

和是端口 A 和 B 的努塞尔特数；
和 - 端口 A 和 B 的导热系数；
- 用于传热计算的水力直径。

用于传热计算的水力直径定义为

其中

- 是传热计算中使用的流道长度；
- 是传热表面的总面积。

努塞尔特数的计算

计算努塞尔特数的方法取决于参数值 传热系数模型 。

如果参数 传热系数模型 设置为 `管内流动的相关性`则端口 A 的努塞尔特数为

和端口 B 的努塞尔特数：

其中

- 是参数 层流传热的努塞尔特数 的值；
和是端口 A 和 B 的普朗特尔数。

如果参数 传热系数模型 设置为 `表格数据 - 科尔本系数与雷诺数的关系`则端口 A 的努塞尔数为

而端口*B*处的努塞尔特数为

其中

和是端口 A 和 B 的 Colburn 因子。该程序块从表格数据中获取 Colburn 因子，作为雷诺数的函数；
和是基于水力直径的雷诺数，用于端口 A 和 B 的传热计算。这些数值在端口 A 和 B 的定义为

и

如果参数 传热系数模型 设为 `表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系`则端口 A 的努塞尔特数为

而端口*B*处的努塞尔特数为

水力直径的计算

如果需要加热的周长和产生摩擦的周长不一致，则计算传热时使用的水力直径与计算压力损失时使用的水力直径不同。对于具有环形截面的管中管热交换器，用于热传递计算的水力直径为：

而用于压力计算的水力直径为

其中

- 是环壳的外径；
- 是环的内径。

heat exchanger interface tl 1

外径和内径之间的差值（橙色显示）是导热液体。内径内的蓝色区域是与导热流体进行热交换的流体。

端口

非定向

# A — 导热液体端口
导热液体

Details

导热流体的入口。

程序使用名称

thermal_liquid_port_a

# B — 导热流体端口
导热液体

Details

导热流体的出口。

程序使用名称

thermal_liquid_port_b

# H — 入口温度
加热

Details

端口与导热液体的入口温度有关。

程序使用名称

thermal_port

输出

# C — 通量热容
尺度

Details

导热流体流动热容量的含义。

数据类型	`Float64`.
复数支持	无

# HC — 传热系数
尺度

Details

导热流体流与边界之间的传热系数值，以标量形式给出。

数据类型	Float64`。
复数支持	无

参数

# 最小自由流动区域 — 孔最窄处的横截面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

根据最小管道间距或波纹间距计算的无障碍总流通面积。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.01 m^2`
程序使用名称	`min_flow_area`
可计算	是

# 压力损失液压直径 — 通道直径或等效直径
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

构成热交换界面的管道或通道的水力直径。水力直径是水流截面积与通道周长之比。

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`0.1 m`
程序使用名称	`hydraulic_diameter_for_pressure_loss`
可计算	是

# 热液体体积 — 通道中导热流体的总体积
l | gal | igal | m^3 | cm^3 | ft^3 | in^3 | km^3 | mi^3 | mm^3 | um^3 | yd^3 | N*m/Pa | N*m/bar | lbf*ft/psi | ft*lbf/psi

Details

流道中导热流体的总体积。

计量单位	`l` \| `gal` \| `igal` \| `m^3` \| `cm^3` \| `ft^3` \| `in^3` \| `km^3` \| `mi^3` \| `mm^3` \| `um^3` \| `yd^3` \| `Nm/Pa` \| `Nm/bar` \| `lbfft/psi` \| `ftlbf/psi`
默认值	`0.01 m^3`
程序使用名称	`V_liquid`
可计算	是

# 层流雷诺数上限 — 层流和湍流状态开始过渡

Details

雷诺数值对应于层流向湍流过渡的起始点。超过该值后，惯性力开始占主导地位，流动也从层流变为湍流。默认值对应于内表面光滑的圆管。

默认值	`2000.0`
程序使用名称	`Re_laminar`
可计算	是

# 湍流雷诺数下限 — 层流和湍流状态之间的过渡结束

Details

从层流到湍流过渡结束时对应的雷诺数值。低于该值时，粘性力开始占主导地位，导致从紊流过渡到层流。默认值对应于内表面光滑的圆管。

默认值	`4000.0`
程序使用名称	`Re_turbulent`
可计算	是

# 压力损失模型 — 计算摩擦造成的压力损失的数学模型
压力损失系数 | 管内流量相关性 | 表格数据 - 达西摩擦因数与雷诺数的关系 | 表格数据 - 欧拉数与雷诺数的关系

Details

摩擦导致压力损失的数学模型。该参数定义了计算中使用的表达式以及作为输入的块参数。

详情请参阅 [压力损失计算]。压力损失计算。

值	`Pressure loss coefficient` \| `Correlation for flow inside tubes` \| `Tabulated data - Darcy friction factor vs. Reynolds number` \| `Tabulated data - Euler number vs. Reynolds number`
默认值	`Pressure loss coefficient`
程序使用名称	`pressure_loss_type`
可计算	无

# 压力损失系数 — 端口间所有流动阻力的总损耗因数

Details

渠道内所有流动阻力的总损失系数，包括壁面摩擦（主要损失）以及弯道、弯头和其他几何形状变化造成的局部阻力（次要损失）。

损失系数是一个经验性的无量纲数字，用于表示因摩擦造成的压力损失。它可以根据实验数据计算得出，也可以根据产品规格推导得出。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 设置为 压力损失系数.

默认值	`0.1`
程序使用名称	`pressure_loss_coefficient`
可计算	是

# 从入口到出口的流道长度 — 从港口到港口的距离
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

流体在端口之间的总行程。在多通道管壳式热交换器中，总距离是管壳所有通道的总和。在管束、波纹板和其他管道中，水流被分成平行的分支，总距离就是每个分支的流经距离。流道越长，壁面摩擦造成的基本压力损失就越大。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 设置为管内流量相关性`或 `表格数据 - 达西摩擦因数与雷诺数的关系.

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`1.0 m`
程序使用名称	`flow_path_length`
可计算	是

# 局部阻力的总等效长度 — 以长度表示的总局部压力损失
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

以长度表示的总局部压力损失。直管长度造成的等效损失等于分支、三通和连接处现有局部阻力的总和。等效长度越长，由于局部阻力造成的压力损失就越大。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 设置为 管内流量相关性.

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`0.1 m`
程序使用名称	`flow_path_length_add`
可计算	是

# 内表面绝对粗糙度 — 壁面上造成摩擦损失的粗糙度的平均高度
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

壁面上造成摩擦损失的粗糙度的平均高度。平均高度越大，壁面越粗糙，粘性摩擦造成的压力损失也越大。表面粗糙度值用于根据哈兰德关系推导出达西摩擦系数。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 设置为 管内流量相关性.

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`15e-6 m`
程序使用名称	`roughness`
可计算	是

# 达西摩擦因数的雷诺数向量 — 达西摩擦系数查询表中每个参考点的雷诺数

Details

应确定达西摩擦系数的雷诺数向量。程序块使用该向量创建达西摩擦系数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 参数设置为 表格数据 - 达西摩擦因数与雷诺数的关系.

默认值	`[400.0, 1000.0, 1500.0, 3e3, 4e3, 6e3, 1e4, 2e4, 4e4, 6e4, 1e5, 1e8]`
程序使用名称	`Re_friction_vector`
可计算	是

# 达西摩擦因数矢量 — 雷诺数查找表中每个参考点的达西摩擦系数

Details

与参数 达西摩擦因数的雷诺数向量 中指定值相对应的达西摩擦系数矢量。程序块使用该向量创建达西摩擦系数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 参数设置为 表格数据 - 达西摩擦因数与雷诺数的关系.

默认值	`[0.264, 0.112, 0.071, 0.0417, 0.0387, 0.0268, 0.0250, 0.0232, 0.0226, 0.0220, 0.0214, 0.0214]`
程序使用名称	`friction_factor_vector`
可计算	是

# 达西摩擦因数的层状摩擦常数 — 层流条件下流动截面的压力损失修正

Details

层流压力损失修正。该参数称为形状系数，可用于获得层流压力损失计算的达西摩擦系数。默认值适用于圆柱形管道。

非圆形横截面的一些附加形状系数可以通过纳维-斯托克斯方程的解析解确定。横截面为正方形的管道的形状系数为 "56"，横截面为长宽比为 2:1 的矩形管道的形状系数为 "62"，同轴管道的形状系数为 "96"。平行板之间的薄管道的形状系数也是`96`。

依赖关系

要使用该参数，请将参数 压力损失模型 设置为 管内流量相关性.

默认值	`64.0`
程序使用名称	`shape_factor`
可计算	是

# 欧拉数的雷诺数矢量 — 欧拉数查询表中每个参考点的雷诺数

Details

应确定欧拉数的雷诺数向量。程序块使用该向量创建欧拉数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 参数设置为 表格数据 - 欧拉数与雷诺数的关系.

默认值	`[50.0, 500.0, 1000.0, 2000.0]`
程序使用名称	`Re_vector_Eu`
可计算	是

# 欧拉数矢量 — 雷诺数查找表中每个参考点的欧拉数

Details

与参数 欧拉数的雷诺数矢量 中指定值相对应的欧拉数向量。程序块使用该向量创建欧拉数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 压力损失模型 参数设置为 表格数据 - 欧拉数与雷诺数的关系.

默认值	`[4.4505, 0.6864, 0.4791, 0.3755]`
程序使用名称	`Eu_vector`
可计算	是

# 传热系数模型 — 冷却剂与壁面之间热量传递的数学模型
恒定传热系数 | 管内流动的相关性 | 表格数据 - 科尔本系数与雷诺数的关系 | 表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系

Details

用于计算热交换器中流体间热流的数学模型。您可以假设一个恒定的传热系数，使用管道内流动的经验关系，或指定 Colburn 数或 Nusselt 数的表格数据。

更多信息，请参阅。计算努塞尔特数。

值	`Constant heat transfer coefficient` \| `Correlation for flow inside tubes` \| `Tabulated data - Colburn factor vs. Reynolds number` \| `Tabulated data - Nusselt number vs. Reynolds number and Prandtl number`
默认值	`Constant heat transfer coefficient`
程序使用名称	`heat_transfer_type`
可计算	无

# 液壁传热系数 — 冷却剂与壁面之间的对流传热系数
W/(m^2*K) | Btu_IT/(hr*ft^2*deltadegR)

Details

传热介质与壁面之间的对流传热系数。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 设为 恒定传热系数.

计量单位	`W/(m^2K)` \| `Btu_IT/(hrft^2*deltadegR)`
默认值	`100.0 W/(m^2*K)`
程序使用名称	`alpha_const`
可计算	是

# 传热表面积 — 传热介质与墙壁之间用于传热的有效表面积
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

热交换器中导热液体之间传热时使用的有效表面积。

计量单位	`m^2` \| `cm^2` \| `ft^2` \| `in^2` \| `km^2` \| `mi^2` \| `mm^2` \| `um^2` \| `yd^2`
默认值	`0.4 m^2`
程序使用名称	`heat_transfer_area`
可计算	是

# 层流传热的努塞尔特数 — 层流时的努塞尔数恒定值

Details

层流的努塞尔特数恒定值。该参数用于计算层流中的对流热通量。努塞特数值取决于部件的几何形状。默认值与圆柱管相对应。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 设置为 管内流动的相关性.

默认值	`3.66`
程序使用名称	`Nu_laminar`
可计算	是

# 科尔本系数的雷诺数矢量 — 科尔伯恩系数查询表中各参考点的雷诺数

Details

应确定柯尔本系数的雷诺数向量。程序块使用该向量创建柯尔本系数查询表。该向量中的数值数量必须与计算表参考点的参数 科尔伯恩系数矢量 的维度相等。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 参数设置为 表格数据 - 科尔本系数与雷诺数的关系.

默认值	`[100.0, 150.0, 1000.0]`
程序使用名称	`Re_vector_colburn`
可计算	是

# 科尔伯恩系数矢量 — 雷诺数查找表中每个参考点的 Colburn 因子

Details

与参数 科尔本系数的雷诺数矢量 中指定值相对应的 Colburn 因子向量。程序块使用该向量创建 Colburn 因子查找表。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 参数设置为 表格数据 - 科尔本系数与雷诺数的关系.

默认值	`[0.019, 0.013, 0.002]`
程序使用名称	`colburn_factor_vector`
可计算	是

# 用于计算努塞尔数的雷诺数矢量 — 努塞尔特数查询表中每个参考点的雷诺数

Details

要确定努塞尔特数的雷诺数矢量。程序块使用该向量创建努塞尔特数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 参数设置为 表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系.

默认值	`[100.0, 150.0, 1000.0]`
程序使用名称	`Re_vector_Nu`
可计算	是

# 用于计算努塞尔数的普朗特数矢量 — 努塞尔数查询表中各参考点的普朗特尔数

Details

普朗特尔数的向量，在该向量上可以确定努塞尔特数。程序块使用该向量创建努塞尔特数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 参数设置为 表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系.

默认值	`[1.0, 10.0]`
程序使用名称	`Pr_vector_Nu`
可计算	是

# 努塞尔特数表，Nu(Re,Pr) — 雷诺-普朗德尔数搜索表中各参考点的努塞尔特数

Details

与参数 用于计算努塞尔数的雷诺数矢量 和 用于计算努塞尔数的普朗特数矢量 中指定值相对应的努塞尔特数矩阵。程序块使用该矩阵创建努塞尔特数查询表。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 参数设置为 表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系.

默认值	`[3.72 4.21; 3.75 4.44; 4.21 7.15]`
程序使用名称	`Nu_matrix`
可计算	是

# 传热流道长度 — 传热介质与墙壁之间传热时的特征长度
m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd

Details

传热介质与墙壁之间传热的特征长度。

依赖关系

要使用该参数，请将 传热系数模型 设置为表格数据 - 科尔本系数与雷诺数的关系`或 `表列数据 - 努塞尔特数与雷诺数和普朗特尔数的关系.

计量单位	`m` \| `cm` \| `ft` \| `in` \| `km` \| `mi` \| `mm` \| `um` \| `yd`
默认值	`1.0 m`
程序使用名称	`length_for_heat_transfer`
可计算	是

影响和初始条件

# 热液 1 动态可压缩性 — 热交换器中流体的可压缩性

Details

用于模拟换热器内部压力变化的选项。如果未选中此复选框，能量和质量守恒方程中将不考虑压力导数。热交换器内的压力定义为两个端口压力的平均值。

默认值	`true (已开启)`
程序使用名称	`dynamic_compressibility`
可计算	无

Details

模拟开始时导热流体的温度。

计量单位	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
默认值	`293.15 K`
程序使用名称	`T_start`
可计算	是

# 热液体初始压力 — 导热流体的初始压力
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

模拟开始时导热流体的压力。

计量单位	`Pa` \| `GPa` \| `MPa` \| `atm` \| `bar` \| `kPa` \| `ksi` \| `psi` \| `uPa` \| `kbar`
默认值	`0.101325 MPa`
程序使用名称	`p_start`
可计算	是