Объект: HT02AS

Библиотека: HydroThermo2

Имя на уровне решателя: HT02AS

Аннотация: Модель теплообмена через гофры для расчета производительности теплообменника

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	In2	THYDRAULIC	Теплогидравлический порт, 2 контур (воздух), вход
2	Out2	THYDRAULIC	Теплогидравлический порт, 2 контур (воздух), выход
3	T_stenka	THERMAL	1D тепловой порт, стенка

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Fluid		Параметры охлаждающего газа
2	H_core	real	высота сердечника поперёк потока (высота радиатора), м	m	0.3018
3	H_t	real	Высота профиля полная поперёк потока, м	m	2e-3
4	L_core	real	длина сердечника поперёк потока (ширина радиатора), м	m	0.250
5	L_t	real	Длина полная, м	m	0.250
6	Lp_g	real	Шаг между засечками, м	m	1.4e-3
7	N_core	real	число трубок (в будущем - на проходе)		30
8	PT_init	list	Инициализирующие значения портов 2 контура (воздух): м^2, Kd, P1, T1, P2, T2, Па, К		101326,293.15,101325,293.15
9	Qm_eps	real	Масштаб Qm при сглаживании невязок энтальпии при Qm = 0, кг/с	kg/s	0.01
10	W_g	real	Ширина ленты (толщина радиатора по потоку), м	m	16e-3
11	W_t	real	Ширина трубок полная по потоку, м	m	16e-3
12	Wnotch_g	real	Ширина засечки на боковых стенках гофры, м	m	7.2e-3
13	b_g	real	Расстояние между трубками, оно же высота волн гофры, м	m	7.8e-3
14	dp_min	real	Уровень давления для начала сглаживания, Па	Pa	0.01
15	lambda_t	real	коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/(м*К)	W/(m*K)	215
16	n_pass	real	число проходов		1
17	n_slit_g	real	Число щелей на длину ребра (с одной стороны)	m	8
18	no_t	real	число отверстий в трубке		10
19	step_g	real	Шаг гармошки, м	m	2.4e-3
20	t_g	real	Толщина ленты фольги, м	m	0.08e-3
21	t_st	real	толщина между двумя каналами, м	m	0.3e-3
22	t_t	real	Толщина стенки, м	m	0.3e-3
23	theta_g	real	Угол засечки, градусы	deg	32
24	wk_t	real	ширина одного канала в трубке, м	m	1.2e-3

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 (HT02AS)

Элемент моделирует один контур воздуха и тепловой порт, отвечающий за общую температуру стенки и отвод тепла от неё. Расчёт выполняется по подробным параметрам геометрии гофры, уложенной между трубками охлаждающей жидкости. Коэффициенты теплоотдачи и перепад давления из-за гидравлического сопротивления воздуха рассчитываются автоматически. Используется в гидравлических и термодинамических системах для моделирования радиаторов, охладителей и теплообменных аппаратов.

Нагрев газа в полурадиаторе с динамической сменой направления движения.

Начальные данные:

Параметры модели (HT02AS1)

Геометрия гофры:

W_g = 16e-3 - ширина по потоку, м

theta_g = 32 - угол засечки, градусы

step_g = 2.4e-3 - шаг гармошки, м

t_g = 0.08e-3 - толщина фольги, м

Lp_g = 1.4e-3 - шаг между засечками, м

Wnotch_g = 7.2e-3 - ширина засечки на боковых стенках гофры, м

b_g = 7.8e-3 - расстояние между трубками (высота волн гофры), м

n_slit_g = 8 - число щелей на длину ребра

Трубки:

W_t = 16e-3 - ширина полная по потоку, м

L_t = 0.250 - длина полная, м

H_t = 2.0e-3 - высота профиля полная поперёк потока, м

t_t = 0.3e-3 - толщина стенки, м

no_t = 10 - число отверстий в трубке

wk_t = 1.2e-3 - ширина одного канала в трубке, м

lambda_t = 215 - коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/(м*К)

t_st = 0.3e-3 - толщина между двумя каналами, м

Сердечник:

L_core = 0.250 - длина сердечника поперёк потока, м

n_pass = 1 - число проходов

N_core = 30 - число трубок

H_core = 0.3018 - высота сердечника поперёк потока, м

PT_init = 101450, 293.15, 101325, 293.15 - инициализирующие значения портов контура воздуха: P1, T1, P2, T2, Па, К

Fluid = DryAir - параметры среды (воздух)

Параметры источника температуры:

T = 373.15 - температура, К

R = 1e-6 - внутреннее тепловое сопротивление

Параметры источника давления (TrapeziumSource1)

VL = 101450 Па - нижний уровень давления

VH = 101200 Па - верхний уровень давления

D = 2.5 - начальная задержка, с

FT = 5.0 - продолжительность переднего фронта, с

HT = 10 - продолжительность вершины импульса, с

BT = 1.0 - продолжительность заднего фронта, с

Параметры интегрирования

end = 10 с - время интегрирования

control = 1e-3 - точность контроля

dabs = 0.1 - абсолютная погрешность

Схема тестирования:

Схема содержит полурадиатор HT02AS1, 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, тепловой поток Q_heat и перепад давления dp.

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 330 К. В момент времени t ≈ 5 с происходит динамическая смена направления движения газа: температуры на портах меняются местами — Tin_1 возрастает до примерно 330 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, давление Pout_1 остаётся близким к 101325 Па. На графике RUN представлены остальные переменные: массовый расход Qm, тепловой поток Q_heat и перепад давления dp, которые после завершения переходных процессов принимают установившиеся значения.

Формулы для расчёта теплообмена и гидравлического сопротивления:

\[\begin{split}\begin{aligned} Q &= \alpha \cdot F \cdot (T_{\text{ст}} - T_{\text{газа}}) \\ \Delta P &= \zeta \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2} \\ Q_m &= \rho \cdot v \cdot S \end{aligned}\end{split}\]

где:

• \(Q\) — тепловой поток, Вт,

• \(\alpha\) — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К),

• \(F\) — площадь поверхности теплоотдачи, м²,

• \(T_{\text{ст}}\) — температура стенки, К,

• \(T_{\text{газа}}\) — температура газа, К,

• \(\Delta P\) — перепад давления, Па,

• \(\zeta\) — коэффициент гидравлического сопротивления,

• \(\rho\) — плотность, кг/м³,

• \(v\) — скорость потока, м/с,

• \(S\) — площадь сечения, м²,

• \(Q_m\) — массовый расход, кг/с.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - Температуры HT02AS.Tin_1, HT02AS.Tout_1, HT02AS.T_stenka

Рисунок 3 - Давления HT02AS.Pin_1, HT02AS.Pout_1

Рисунок 4 - Совмещённый график RUN (HT02AS.Tin_1, HT02AS.Tout_1, HT02AS.Pin_1, HT02AS.Qm, HT02AS.HT02AS1.Q_heat, HT02AS.HT02AS1.dP)