Объект: HT01AV

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT01AV

Аннотация: Теплообменник с расчетом мощности NTU-способом

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	THYDRAULIC	Порт входа в первый контур
2	Port2	THYDRAULIC	Порт выхода из первого контура
3	Port3	THYDRAULIC	Порт входа во второй контур
4	Port4	THYDRAULIC	Порт выхода из второго контура

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Cd1	real	Приведенный коэффициент расхода, первый контур		1e-3
2	Cd2	real	Приведенный коэффициент расхода, второй контур		1e-3
3	F1	real	Суммарная проходная площадь сечения трубок контура охлаждающей жикости, м2	m**2	0.01
4	Fluid1		Параметры среды контура охлаждающей жидкости
5	Fluid2		Параметры среды контура воздуха
6	H	real	Высота радиатора, м	m	1
7	L1	real	Длина трубок контура охлаждающей жикости, м	m	1
8	Qm_eps	real	Масштаб Qm при сглаживании невязок энтальпии при Qm = 0, кг/с		0.01
9	T	real	Толщина радиатора (по потоку воздуха), м	m	0.01
10	Type	string	Тип теплообменника [Vertical_tubes_H2O, Vertical_tubes_tosol, Horizintal_tubes_H2O, Horizintal_tubes_tosol]		Vertical_tubes_H2O
11	W	real	Ширина радиатора, м	m	1
12	a_air	real	Коэффициент a_air радиатора		0.96
13	a_f	real	Коэффициент a_f радиатора		11.2
14	b_air	real	Коэффициент b_air радиатора		1.04
15	b_f	real	Коэффициент b_f радиатора		3.01
16	dp_min	real	Уровень давления для начала сглаживания, Па	Pa	0.01
17	km	real	Коэффициент Km радиатора		15
18	n_pass	real	Число проходов трубок радиатора		1
19	properties_port_12	list	Давление и температура в первом контуре, (Па, К, Па, К)		101326, 323.15, 101325, 323.15
20	properties_port_34	list	Давление и температура во втором контуре, (Па, К, Па, К)		101326, 293.15, 101325, 293.15

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 (HT01AV)

Тепловой поток рассчитывается по перепаду температур и эмпирическим формулам для коэффициента теплоотдачи, коэффициенты которых подгоняются к результатам испытаний. Принята зависимость Alpha = C * (Qm^n). Зависимость начинает уходить от правды при расходах 0.5–1 кг/с, по этой причине была продлена к 0 для тосольной и воздушной части по отдельности. Гидравлика — Qm = Kd * sqrt(2 * den * dp). Используется в термодинамических и гидравлических расчётах для моделирования теплообменных аппаратов, радиаторов, охладителей и нагревателей.

Теплообмен между водой и воздухом при постоянных перепадах давлений и расходах.

Движение жидкости происходит в направлении от 1 Out к 1 In. Воздух охлаждает воду и нагревается. Температура воды уменьшается и выходит на постоянное значение. Знак расхода на первом контуре отрицательный.

Начальные данные:

Параметры модели (HT01AV1)

type = Vertical_tubes_H2O - Тип теплообменника

F1 = S - Площадь сечения 1 контура (вода), м²

L1 = 0.1 - Длина трубок 1 контура (вода), м

W = 1 - Ширина радиатора, 2 контур (воздух), м

H = 1 - Высота радиатора, 2 контур (воздух), м

T = 0.01 - Толщина радиатора (длина по потоку воздуха), м

km = 100 - Тепловая проводимость стенки, Вт/К

a_f = 11.2 - Амплитудный коэффициент жидкостного контура

b_f = 3.01 - Степенной коэффициент жидкостного контура

a_air = 0.96 - Амплитудный коэффициент воздушной части

b_air = 1.04 - Степенной коэффициент воздушной части

Cd1 = 1 - Приведённый коэффициент расхода, 1 контур

Cd2 = 100 - Приведённый коэффициент расхода, 2 контур

PT_init1 = 101450, 323.15, 101326, 323.15 - Начальные значения давлений и температур на 1 и 2 портах

PT_init2 = 101450, 293.15, 101325, 293.15 - Начальные значения давлений и температур на 3 и 4 портах

Fluid1 = Water - Вода, 1 контур

Fluid2 = DryAir - Воздух, 2 контур

Параметры дросселей и сечения

D = 0.05 - Гидравлический диаметр трубы, первый контур

D2 = 0.5 - Гидравлический диаметр трубы, второй контур

MDT = 0.72 - Коэффициент расхода

S = 0.25 * π * D * D - Площадь сечения

Параметры интегрирования

end = 15 с - Время интегрирования

control = 1e-9 - Точность контроля

dabs = 0.1 - Абсолютная погрешность

Схема тестирования:

Схема содержит теплообменник HT01AV1, включённый между двумя контурами. Первый контур (вода) подключён к граничным условиям HT1SPT1 (P = 101450 Па, T = 323.15 К) и HT1SPT3 (P = 101325 Па, T = 323.15 К) через дроссели HT01MF1 и HT1SP4. Второй контур (воздух) подключён к граничным условиям HT1SPT2 (P = 101450 Па, T = 293.15 К) и HT1SPT4 (P = 101325 Па, T = 293.15 К) через дроссели HT01MF2 и HT1SP4. Начальные параметры: PT_init1 = 101450, 323.15, 101326, 323.15; PT_init2 = 101450, 293.15, 101325, 293.15. Расходы через контуры измеряются датчиками Qm1 и Qm2. Температуры на входе и выходе каждого контура регистрируются как Tin_1, Tout_1, Tin_2, Tout_2. Результаты выводятся на осциллографы DISP1 (температуры) и RUN (расходы и температуры).

Результат:

На графике DISP1 показано изменение температур во времени: Tin_1 (вход воды) остаётся постоянной и равной 323.15 К; Tout_1 (выход воды) резко падает от 323.15 К и выходит на постоянное значение примерно 308 К (вода охлаждается); Tout_2 (выход воздуха) резко возрастает от 293.15 К и выходит на постоянное значение примерно 311.5 К (воздух нагревается); Tin_2 (вход воздуха) остаётся постоянной и равной 293.15 К. На графике RUN показано изменение расходов и температур: Qm1 (расход воды) и Qm2 (расход воздуха) практически равны нулю, что связано с малыми перепадами давлений; температуры Tin_1, Tout_1, Tin_2, Tout_2 соответствуют графикам DISP1. Это подтверждает корректность работы модели теплообменника: воздух охлаждает воду, вода нагревает воздух, температуры выходят на постоянные значения.

Формулы для расчёта:

\[\begin{split}\begin{aligned} \alpha &= C \cdot Q_m^{\,n} \\ Q_m &= K_d \cdot \sqrt{2 \cdot \rho \cdot \Delta P} \end{aligned}\end{split}\]

где: \(\alpha\) — коэффициент теплоотдачи, \(C, n\) — эмпирические коэффициенты (\(a_f, b_f\) для жидкости; \(a_\text{air}, b_\text{air}\) для воздуха), \(Q_m\) — массовый расход, \(K_d\) — приведённый коэффициент расхода, \(\rho\) — плотность, \(\Delta P\) — перепад давления.

Тепловой поток:

\[Q = k_m \cdot \Delta T\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Температуры HT01AV.Tin_1, HT01AV.Tout_1, HT01AV.Tout_2, HT01AV.Tin_2

Рисунок 3 - Расходы и температуры HT01AV.Tin_1, HT01AV.Tout_2, HT01AV.Tin_2, HT01AV.Qm2, HT01AV.Qm1