Объект: HT01HE

../../../../_images/logo_ru_no_text.png

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT01HE

Аннотация: Теплообменник

Обозначение: Теплообменник

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

Port1

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, вход в основной контур

2

Port2

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, выход из основного контура

3

Port3

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, вход в контур охлаждения

4

Port4

THYDRAULIC

Теплогидравлический порт, выход из контура охлаждения

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

D1

real

Гидравлический диаметр основного контура, м

m

0.01

2

D2

real

Гидравлический диаметр контура охлаждения, м

m

0.01

3

Fluid_cooling_circuit

Имя объекта свойств среды контура охлоаждения, -

4

Fluid_main_circuit

Имя объекта свойств среды основного контура, -

5

L1

real

Длина трубопровода основного контура, м

m

0.1

6

L2

real

Длина трубопровода контура охлаждения, м

m

0.1

7

MDT1

real

Коэффициент расхода основного контура, -

0.72

8

MDT2

real

Коэффициент расхода контура охлаждения, -

0.72

9

Properties_port12

Начальные давление и температура для портов 1, 2; Па, К

101325.0, 293.15

10

Properties_port34

Начальные давление и температура для портов 3, 4; Па, К

101325.0, 293.15

11

k

real

Коэффициент передачи тепла, Вт/К

W/K

0.01

Расчетные и измеряемые величины:

№

Параметр

Описание

Единица

1

V_Pressure1

Давление на порте

Pa

2

V_SpecificEnthalpy1

Удельная энтальпия;

J/kg

3

V_Density1

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

4

V_Temperature1

Температура рабочей среды на порте;

K

5

S_MassFlow1

Массовый расход на порте ;

kg/s

6

S_EnthalpyFlow1

Поток энтальпии на порте ;

W

7

V_Pressure2

Давление на порте

Pa

8

V_SpecificEnthalpy2

Удельная энтальпия;

J/kg

9

V_Density2

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

10

V_Temperature2

Температура рабочей среды на порте;

K

11

S_MassFlow2

Массовый расход на порте ;

kg/s

12

S_EnthalpyFlow2

Поток энтальпии на порте ;

W

13

V_Pressure3

Давление на порте

Pa

14

V_SpecificEnthalpy3

Удельная энтальпия;

J/kg

15

V_Density3

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

16

V_Temperature3

Температура рабочей среды на порте;

K

17

S_MassFlow3

Массовый расход на порте ;

kg/s

18

S_EnthalpyFlow3

Поток энтальпии на порте ;

W

19

V_Pressure4

Давление на порте

Pa

20

V_SpecificEnthalpy4

Удельная энтальпия;

J/kg

21

V_Density4

Плотность рабочей среды;

kg/m**3

22

V_Temperature4

Температура рабочей среды на порте;

K

23

S_MassFlow4

Массовый расход на порте ;

kg/s

24

S_EnthalpyFlow4

Поток энтальпии на порте ;

W

Пример использования компонента

Модель теплообменника (HT01HE)

Элемент моделирует теплообменный аппарат, в котором происходит передача тепла между основным контуром и контуром охлаждения через разделяющую стенку. Учитывает коэффициент теплопередачи, гидравлические диаметры и длины трубопроводов обоих контуров, коэффициенты расхода, начальные давления и температуры, а также свойства рабочих сред. Используется в гидравлических и термодинамических системах для моделирования охладителей, нагревателей, радиаторов и других теплообменных устройств.

Проверка изменения температуры на портах теплообменника при течении жидкости, возникающем при перепаде давления от 0 до 20000 Па.

**Начальные данные:**

Параметры модели (HT01HE)
k = 1000 - Коэффициент передачи тепла, Вт/К
D1 = 0.01 - Гидравлический диаметр основного контура, м
D2 = 0.01 - Гидравлический диаметр контура охлаждения, м
L1 = 0.01 - Длина трубопровода основного контура, м
L2 = 0.01 - Длина трубопровода контура охлаждения, м
MDT1 = 0.72 - Коэффициент расхода основного контура
MDT2 = 0.72 - Коэффициент расхода контура охлаждения
Properties_port12 = 101300, 400 - Начальные давление и температура для портов 1, 2; Па, К
Properties_port34 = 101300, 300 - Начальные давление и температура для портов 3, 4; Па, К
Fluid_main_circuit = water - Имя объекта свойств среды основного контура (вода)
Fluid_cooling_circuit = water - Имя объекта свойств среды контура охлаждения (вода)

Параметры источников давления
Трапециевидные источники создают перепад давления от 0 до 20000 Па
VL = 101300 Па, VH = 121300 Па

Датчики
HT01HE.a_in, HT01HE.b_out - датчики температур на входе и выходе основного контура
HT01HE.c_in, HT01HE.d_out - датчики температур на входе и выходе контура охлаждения
HT01HE.Qm, HT01HE.Qm1 - датчики массовых расходов

Параметры интегрирования
end = 3.0 с - Время интегрирования
control = 1e-9 - Точность контроля

Схема тестирования:

Схема содержит теплообменник HT01HE, включённый между двумя контурами. Основной контур (горячий) подключён к граничным условиям с начальной температурой 400 К, контур охлаждения (холодный) — с начальной температурой 300 К. Оба контура соединены с источниками давления, создающими перепад давления от 0 до 20000 Па. Жидкость в обоих контурах — вода. Измеряются температуры на входе и выходе каждого контура (a_in, b_out, c_in, d_out) и массовые расходы (Qm, Qm1). Результаты выводятся на осциллографы Temp (температуры) и MassFlow (расходы).

Результат:

Среда — вода. Массовый расход Qm ≈ 0.2 кг/с. Теплоёмкость потока:

\[C = Q_m \cdot c_p = 0.2 \cdot 4180 = 836\ \text{Вт/К}\]

Потоки и среды одинаковы, количество тепла одинаково, значит:

\[C \cdot (T_x - 300) = C \cdot (400 - T_g)\]

где: \(T_x\) — установившаяся температура холодного потока, \(T_g\) — установившаяся температура горячего потока.

\[T_x + T_g = 700\]

Тепловой поток через теплообменник:

\[Q = k \cdot (T_g - T_x)\]

Подставляя, получаем:

\[\begin{split}\begin{aligned} 836 \cdot (T_x - 300) &= 1000 \cdot (700 - 2 \cdot T_x) \\ T_x &= \frac{700000 + 250800}{836 + 2000} \approx 335\ \text{К} \end{aligned}\end{split}\]

Тогда \(T_g\) будет 365 К, что сходится с результатом расчётов.

На графике Temp показано изменение температур: a_in (вход горячего контура) остаётся постоянной 400 К; b_out (выход горячего контура) падает до ~365 К; c_in (вход холодного контура) остаётся постоянной 300 К; d_out (выход холодного контура) возрастает до ~335 К. На графике MassFlow показано, что массовые расходы \(Q_m\) и \(Q_{m1}\) устанавливаются на значении ~0.2 кг/с. Это подтверждает корректность работы модели теплообменника.

Схема теста
../../../../_images/HT01HE.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста
../../../../_images/HT01HE.Temp.png

Рисунок 2 - Температуры HT01HE.a_in, HT01HE.b_out, HT01HE.c_in, HT01HE.d_out

../../../../_images/HT01HE.MassFlow.png

Рисунок 3 - Массовые расходы HT01HE.Qm и HT01HE.Qm1

../../../../_images/HT01HE.RUN.png

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN