Объект: HT03NN
Библиотека: HydroThermo2
Имя на уровне решателя: HT03NN
Аннотация: Расчёт мощности теплообменника. Ku = const * Qm^pow
Обозначение: 
Порты (степени свободы) компонента:
№ |
Обозначение порта |
Тип |
Наименование порта |
|---|---|---|---|
1 |
In1 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, 1 контур, вход |
2 |
Out1 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, 1 контур, выход |
3 |
In2 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, 2 контур, вход |
4 |
Out2 |
THYDRAULIC |
Теплогидравлический порт, 2 контур, выход |
5 |
T_stenka |
THERMAL |
1D тепловой порт, стенка |
Пользовательские параметры модели:
№ |
Параметр |
Тип |
Описание |
Единица |
Значение по умолч. |
|---|---|---|---|---|---|
1 |
A1 |
real |
Площадь поверхности теплоотдачи 1 контура, м^2 |
m**2 |
1 |
2 |
A2 |
real |
Площадь поверхности теплоотдачи 2 контура, м^2 |
m**2 |
1 |
3 |
Cd1 |
real |
Коэффициент расхода |
5 |
|
4 |
Cd2 |
real |
Комплексный коэффициент сопротивления 2 контура, Па/((кг/с)^2) |
Pa/((kg/s)**2) |
10 |
5 |
F1 |
real |
Суммарная проходная площадь сечения трубок 1 контура, м2 |
m**2 |
0.01 |
6 |
F2 |
real |
Суммарная проходная площадь сечения трубок 2 контура, м2 |
m**2 |
0.01 |
7 |
Fluid1 |
Параметры среды 1 контура |
|||
8 |
Fluid2 |
Параметры среды 2 контура |
|||
9 |
K1 |
real |
Коэффициент в формуле теплоотдачи, 1 контур, Вт/(м^2*К*(кг/с)^n1) |
12.0 |
|
10 |
K2 |
real |
Коэффициент в формуле теплоотдачи, 2 контур, Вт/(м^2*К*(кг/с)^n1) |
12.0 |
|
11 |
L1 |
real |
Длина трубок 1 контура, м |
m |
1 |
12 |
L2 |
real |
Длина трубок 2 контура, м |
m |
1 |
13 |
PT_init1 |
list |
Инициализирующие значения портов 1 контура: P1, T1, P2, T2, Па, К |
101326,323.15,101325,323.15 |
|
14 |
PT_init2 |
list |
Инициализирующие значения портов 2 контура: P1, T1, P2, T2, Па, К |
101326,293.15,101325,293.15 |
|
15 |
Qm_eps |
real |
Масштаб Qm при сглаживании невязок знтальпии при Qm = 0, кг/с |
kg/s |
0.01 |
16 |
R12 |
real |
Тепловое сопротивление стенки, К/Вт |
K/W |
0.01 |
17 |
Type |
string |
Тип теплообменника [Parallel_flow_single_pass,Counter_flow_single_pass,Cross_flow_both_mixed,Cross_flow_both_unmixed,Parallel_flow_dT_method,Counter_flow_dT_method,Cross_flow_dT_method] |
Parallel_flow_single_pass |
|
18 |
dT_mult |
real |
Корректирующий множитель для перепада температур при перекрёстном потоке |
0.95 |
|
19 |
dp_min |
real |
Уровень давления для начала сглаживания, Па |
Pa |
0.01 |
20 |
n1 |
real |
Степень в формуле теплоотдачи, 1 контур |
1.5 |
|
21 |
n2 |
real |
Степень в формуле теплоотдачи, 2 контур |
1.5 |
|
22 |
ro1 |
real |
Плотность 1 контура, кг/м3 |
kg/m**3 |
1 |
23 |
ro2 |
real |
Плотность 2 контура, кг/м3 |
kg/m**3 |
1 |
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 |
25 |
V_Temperature5 |
Температура на порте ; |
K |
26 |
S_HeatFlow5 |
Тепловой поток на порте ; |
W |
Пример использования компонента
Модель теплообменника (HT03NN)
HT03NN — «усреднённый» теплообменник, зависимость коэффициента теплоотдачи для каждого контура принята следующей: Alpha = C * Qm^n. К нулю зависимость не продлевалась. Два контура. В отличие от HT01NN, добавлен порт, куда выводится поверочная разность мощностей теплопередачи в двух контурах. Туда должна подсоединяться теплоёмкость и начальная температура. Действительные потоки определяются по вычисленным температурам по формуле:
Гидравлика: \(Q_m = \sqrt{\frac{\Delta P}{R_h}}\).
Используется в гидравлических и термодинамических 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:
Схема тестирования:
Схема содержит теплообменник HT03NN2, 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 HT1RSP1 и HT1RSP3. 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 HT1RSP2 и HT1RSP4. 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. Дополнительный порт тепловой мощности подключён к теплоёмкости Ct1 и источнику температуры T_stenka1. Результаты выводятся на осциллографы DISP1 (температуры) и RUN (расходы, температуры, T_stenka1).
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 317.5 К (вода охлаждается); Tin_2 (вход воздуха) остаётся постоянной и равной 293.15 К; Tout_2 (выход воздуха) резко возрастает от 293.15 К и выходит на постоянное значение примерно 299.5 К (воздух нагревается). На графике RUN показано изменение температур и расходов: Qm1 (расход воды) и Qm2 (расход воздуха) практически равны нулю; T_stenka1 (температура стенки, вычисленная по поверочной разности мощностей) возрастает до примерно 363 К. Это подтверждает корректность работы модели теплообменника: воздух охлаждает воду, вода нагревает воздух, температуры выходят на постоянные значения, а дополнительный порт позволяет проверить баланс теплопередачи.
Формулы для расчёта:
где:
\(\alpha\) — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К),
\(C, n\) — эмпирические коэффициенты \(K_1, n_1\) для 1-го контура; \(K_2, n_2\) для 2-го контура),
\(Q_m\) — массовый расход, кг/с,
\(R_h\) — гидравлическое сопротивление,
\(\Delta P\) — перепад давления, Па,
\(c_p(T_{\text{mid}})\) — удельная теплоёмкость при средней температуре,
\(T_{\text{in}}, T_{\text{out}}\) — температуры на входе и выходе контура,
\(Q\) — тепловой поток, Вт,
\(R_{12}\) — тепловое сопротивление стенки, К/Вт.
Схема теста
Рисунок 1 - Схема теста
Графики результатов теста
Рисунок 2 - Температуры HT03NN.Tin_1, HT03NN.Tout_1, HT03NN.Tout_2, HT03NN.Tin_2
Рисунок 3 - Совмещённый график RUN (HT03NN.Tin_1, HT03NN.Tout_1, HT03NN.Tout_2, HT03NN.Tin_2, HT03NN.Qm1, HT03NN.Qm2, HT03NN.T_stenka1)