Документация Engee

Specific Dissipation Heat Exchanger Interface (G)

Тепловой интерфейс между газом и окружающей средой.

Тип: EngeeFluids.HeatExchangers.SpecificDissipation.Interfaces.Gas

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fluids/Heat Exchangers/Fundamental Components/Specific Dissipation Heat Exchanger Interface (G)

Описание

Блок Specific Dissipation Heat Exchanger Interface (G) моделирует перепад давления и изменение температуры газа по мере его прохождения по тепловому интерфейсу, например, через теплообменник. Теплопередача через тепловой интерфейс не учитывается. См. схему блока Heat Exchanger (G-G) для примера объединения двух блоков.

Перепад давления рассчитывается как функция массового расхода на основе табличных данных, заданных при некотором опорном давлении и температуре. Расчет основан на линейной интерполяции, если массовый расход попадает в пределы табличных данных, и на экстраполяции по соседним элементам в противном случае. Другими словами, соседние точки данных соединяются прямолинейными сегментами, причем сегменты на границах массового расхода вытянуты горизонтально наружу.

Линейная интерполяция (слева) и экстраполяция по соседним элементам (справа)

specific dissipation heat exchanger interface g 1

Расчеты блока основаны на состояниях и свойствах температуры, плотности и удельной внутренней энергии жидкости на входе в тепловой интерфейс. Вход резко меняется с одного порта на другой при возникновении обратного течения, что приводит к разрывам в значениях этих переменных. Для устранения этих разрывов блок сглаживает соответствующие переменные при значениях массового расхода ниже заданного порогового значения.

Сглаживание входной температуры ниже порогового значения массового расхода

specific dissipation heat exchanger interface g 2

Массовый баланс

Масса может поступать в тепловой интерфейс и выходить из него через порты A и B. Объем интерфейса фиксирован, но сжимаемость жидкости означает, что масса внутри интерфейса может изменяться в зависимости от давления и температуры. Сжимаемость газа всегда учитывается, ее значение соответствует значению, указанному в настройках блока Свойства газа (Г). Массовый баланс в интерфейсе можно выразить следующим образом:

где

  • — масса внутреннего объема жидкости теплового интерфейса;

  • — внутреннее давление жидкости;

  • — внутренняя температура жидкости;

  • — массовый расход через ненаправленные порты, связанные с газом.

Энергетический баланс

Энергия может поступать в тепловой интерфейс и выходить из него двумя способами: с потоком жидкости через порты A и B и с тепловым потоком через порт H. Жидкость внутри интерфейса не выполняет никакой работы. Следовательно, скорость накопления энергии во внутреннем объеме жидкости интерфейса должна быть равна сумме потоков энергии через все три порта:

где

  • — полная энергия во внутреннем объеме жидкости теплового интерфейса;

  • — поток энергии, поступающий через ненаправленные порты, связанные с газом;

  • — скорость теплового потока, поступающего через ненаправленный порт, связанный с теплом.

Баланс импульсов

Расчет перепада давления полностью основан на указанных вами табличных данных. Причины перепада давления не рассматриваются, за исключением их возможного влияния на указанные данные. Общий перепад давления между одним ненаправленным портом, связанным с газом, и другим рассчитывается на основе индивидуальных перепадов давления между каждым ненаправленным портом, связанным с газом, и внутренним объемом жидкости:

где

  • — давление жидкости в ненаправленных портах, связанных с газом;

  • — перепад давления между ненаправленными портами, связанными с газом, и внутренним объемом жидкости:

    где — давление во внутреннем объеме жидкости.

Табличные данные приведены для опорного давления и температуры, на основе которых рассчитывается третий опорный параметр — опорная плотность. Отношение опорной плотности к фактической плотности в порту служит поправочным коэффициентом в отдельных уравнениях перепада давления, каждое из которых определяется как

где

  • — табличная функция перепада давления;

  • — плотности жидкости в ненаправленных портах, связанных с газом.

Звездочка обозначает ненаправленный порт, связанный с газом, (A или B), в котором определяется параметр или переменная. Нижний индекс обозначает опорное значение. Плотность на входе в интерфейс сглаживается ниже порогового значения массового расхода за счет введения гиперболического члена :

где — сглаженная плотность на входе, — не сглаженная плотность на том же входе и — плотность во внутреннем объеме жидкости. Гиперболический сглаживающий член определяется как

где — среднее значение массового расхода через ненаправленные порты, связанные с газом, а — пороговое значение массового расхода, заданное в диалоговом окне блока. Это пороговое значение определяет ширину области массового расхода, в пределах которой выполняется сглаживание плотности жидкости. Средний массовый расход определяется как

Порты

Ненаправленные

# A — порт для текучей среды
газ

Details

Порт, через который газ может входить и выходить из теплового интерфейса.

Имя для программного использования

gas_port_a

# B — порт для текучей среды
газ

Details

Порт, через который газ может входить и выходить из теплового интерфейса.

Имя для программного использования

gas_port_b

# H — тепловой режим на входе текучей среды
тепло

Details

Ненаправленный порт, используемый для настройки теплового режима в ненаправленном порту, связанным с газом.

Имя для программного использования

thermal_port

Выход

# CP — изобарная удельная теплоемкость газа, кДж/(кг·К)
скаляр

Details

Изобарная удельная теплоемкость газа во внутреннем объеме жидкости теплового интерфейса.

Типы данных

Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

# M — массовый расход газа, кг/с
скаляр

Details

Массовый расход газа во внутреннем объеме для жидкости интерфейса. Выходной сигнал положительный, когда расход направлен из порта A в порт B, и отрицательный в противном случае.

Типы данных

Float64

Поддержка комплексных чисел

Нет

Параметры

Pressure Loss

# Mass flow rate vector — массовый расход, при котором необходимо указать данные о перепаде давления
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Массив значений массового расхода, при которых необходимо указать табличные данные о перепаде давления.

Единицы измерения

kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Значение по умолчанию

[0.3, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5] kg/s

Имя для программного использования

mdot_vector

Вычисляемый

Да

# Pressure drop vector — данные о перепаде давления, соответствующие указанным значениям массового расхода
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Массив значений перепадов давления от входа к выходу, соответствующих табличным данным о массовом расходе.

Единицы измерения

Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Значение по умолчанию

[0.003, 0.005, 0.01, 0.025, 0.035, 0.05] MPa

Имя для программного использования

delta_p_vector

Вычисляемый

Да

# Reference inflow temperature — температура, при которой задаются табличные данные о перепаде давления
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

Температура, при которой задаются табличные данные о перепаде давления.

Единицы измерения

K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Значение по умолчанию

293.15 K

Имя для программного использования

T_inflow_ref

Вычисляемый

Да

# Reference inflow pressure — давление, при котором задаются табличные данные о перепаде давления
Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Details

Давление, при котором задаются табличные данные о перепаде давления. Блок использует этот параметр для расчета третьего опорного параметра — опорной плотности. Опорное значение используется для масштабирования табличных данных о перепаде давления для значений давления и температуры, отличающихся от номинальных условий.

Единицы измерения

Pa | GPa | MPa | atm | bar | kPa | ksi | psi | uPa | kbar

Значение по умолчанию

0.101325 MPa

Имя для программного использования

p_inflow_ref

Вычисляемый

Да

# Mass flow rate threshold for flow reversal — массовый расход, ниже которого необходимо сглаживать числовые данные
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Массовый расход, ниже которого происходит плавное изменение направления потока для предотвращения разрывов в данных моделирования.

Единицы измерения

kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Значение по умолчанию

1.0e-6 kg/s

Имя для программного использования

mdot_threshold

Вычисляемый

Да

# Gas volume — объем газа внутри теплообменника
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

Объем газа, находящегося в теплообменнике в любой момент времени. Во время моделирования объем остается постоянным.

Единицы измерения

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

Значение по умолчанию

0.01 m^3

Имя для программного использования

V_gas

Вычисляемый

Да

# Cross-sectional area at ports A and B — площадь сечения потока на портах подачи газа
m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Details

Площадь сечения потока на портах подачи газа. Предполагается, что порты A и B имеют одинаковый размер.

Единицы измерения

m^2 | cm^2 | ft^2 | in^2 | km^2 | mi^2 | mm^2 | um^2 | yd^2

Значение по умолчанию

0.01 m^2

Имя для программного использования

port_area

Вычисляемый

Да