Объект: HT04NN
Библиотека: HydroThermo2
Имя на уровне решателя: HT04NN
Аннотация: Модель теплообмена через половинки теплообменника
Обозначение: 
Порты (степени свободы) компонента:
№ |
Обозначение порта |
Тип |
Наименование порта |
|---|---|---|---|
1 |
In2 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, вход |
2 |
Out2 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, выход |
3 |
T_stenka |
THERMAL |
1D тепловой порт, стенка |
Пользовательские параметры модели:
№ |
Параметр |
Тип |
Описание |
Единица |
Значение по умолч. |
|---|---|---|---|---|---|
1 |
A |
real |
Площадь поверхности теплоотдачи, м^2 |
m**2 |
1 |
2 |
Cd |
real |
Приведённый коэффициент расхода контура |
10 |
|
3 |
F |
real |
Суммарная проходная площадь сечения трубок контура, м2 |
m**2 |
0.01 |
4 |
Fluid |
Параметры среды контура |
|||
5 |
K |
real |
Коэффициент в формуле теплоотдачи, Вт/(м^2*К*(кг/с)^n1) |
12.0 |
|
6 |
L |
real |
Длина трубок контура, м |
m |
1 |
7 |
PT_init |
list |
Инициализирующие значения портов контура: P1, T1, P2, T2, Па, К |
101326,293.15,101325,293.15 |
|
8 |
Qm_eps |
real |
Масштаб Qm при сглаживании невязок энтальпии при Qm = 0, кг/с |
kg/s |
0.01 |
9 |
Rst |
real |
Половина теплового сопротивления стенки, К/Вт |
K/W |
0.01 |
10 |
dp_min |
real |
Уровень давления для начала сглаживания, Па |
Pa |
0.01 |
11 |
n |
real |
Степень в формуле теплоотдачи |
1.5 |
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_Temperature3 |
Температура на порте ; |
K |
14 |
S_HeatFlow3 |
Тепловой поток на порте ; |
W |
Пример использования компонента
Модель полурадиатора (HT04NN)
HT04NN — «усреднённый» одноконтурный теплообменник, половинка радиатора, то есть один контур воздуха и тепловой порт, отвечающий за общую температуру стенки. Зависимость коэффициента теплоотдачи от расхода принята следующей: \(\alpha = C \cdot Q_m^{\,n}\). К нулю зависимость не продлевалась. Один контур. Гидравлика стандартная: \(Q_m = K_d \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P}\). Используется в гидравлических и термодинамических системах для моделирования радиаторов, охладителей и теплообменных аппаратов. Нагрев газа в полурадиаторе с динамической сменой направления движения.
Начальные данные:
Схема тестирования:
Схема содержит полурадиатор HT04NN1, включённый между источником давления TrapeziumSource1 и граничным условием HT1SPT1 (P = 101325 Па, T = 293.15 К). На левом порту находится управляемый источник давления, изменяющий давление от 101450 до 101200 Па по трапециевидному закону. К тепловому порту подключён источник температуры STI1 с T = 373.15 К и внутренним тепловым сопротивлением R = 1e-6. Газ — DryAir. В процессе интегрирования регистрируются температуры Tin_1, Tout_1, T_stenka, давления Pin_1, Pout_1, массовый расход Qm.
Результат:
На графике DISP1 показано изменение температур во времени. Температура стенки T_stenka поддерживается постоянной и равной 373.15 К. Температура на входе Tin_1 в начальный момент составляет около 293.15 К, температура на выходе Tout_1 возрастает до примерно 347 К. В момент времени t ≈ 5 с происходит динамическая смена направления движения газа: температуры на портах меняются местами — Tin_1 возрастает до примерно 347 К, а Tout_1 снижается до 293.15 К. Это соответствует изменению направления потока в теплообменнике. После переходного процесса система выходит на новый установившийся режим.
На графике DISP2 показано изменение давлений на портах. Давление Pin_1 изменяется в соответствии с управляющим воздействием источника TrapeziumSource1 (от 101450 до 101200 Па), давление Pout_1 отслеживает входное давление с небольшим запаздыванием. На графике RUN представлены остальные переменные: массовый расход Qm и температура стенки T_stenka, которые после завершения переходных процессов принимают установившиеся значения.
Формулы для расчёта теплообмена и гидравлического сопротивления:
где: \(\alpha\) — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К), \(C, n\) — эмпирические коэффициенты (\(K_1, n_1\)), \(Q_m\) — массовый расход, кг/с, \(K_d\) — приведённый коэффициент расхода, \(\rho\) — плотность, кг/м³, \(\Delta P\) — перепад давления, Па, \(Q\) — тепловой поток, Вт, \(F\) — площадь поверхности теплоотдачи, м², \(T_{\text{ст}}\) — температура стенки, К, \(T_{\text{газа}}\) — температура газа, К.
Схема теста
Рисунок 1 - Схема теста
Графики результатов теста
Рисунок 2 - Температуры HT04NN.Tin_1, HT04NN.Tout_1, HT04NN.T_stenka
Рисунок 3 - Давления HT04NN.Pin_1, HT04NN.Pout_1
Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT04NN.Tin_1, HT04NN.Tout_1, HT04NN.Pin_1, HT04NN.Pout_1, HT04NN.Qm, HT04NN.T_stenka)