HS – Труба

 
палитра схема

Описание

Блок "HS - Труба" реализует модель участка трубопровода круглого сечения и постоянного внешнего диаметра D, обладающего стенкой толщиной s. Таким образом, внутренний диаметр проходного сечения равен d = D - 2·s Блок является одним из базовых для построения нодализационных схем теплогидравлических моделей в случае трубопроводной системы с круглыми трубами постоянного сечения и необходимостью моделировать присоединенную массу металла. Блок моделирует течение жидкости (или газа) в круглой трубе с учётом теплообмена между теплоносителем и стенкой: используется модель тонкой стенки, в которой расчитывается одна температура стенки в радиальном направлении, т.е. для каждого элемента трубы моделируется свой участок стенки с одной средней температурой на данном участке.

Блок является частным случаем блока типа HS – Канал, с заданной всегда круглой геометрией канала и расширенной в части теплообмена присоединенной моделью стенки, аналогичной модели блока HS – Тонкая стенка. Можно сказать, что приведенные на рисунке модели идентичны друг другу (с математической точки зрения):

Рисунок 1. Эквивалентные блоки канала со стенкой и трубы на схеме

Отличие только в способе задания свойств трубопровода - у канала нужно задавать диаметр проходного сечения (Dg, для круглой трубы это то же самое что и Ду, внутренний диаметр трубы), и толщину стенки уже у блока тонкой стенки; а у блока типа труба - необходимо задать внешний диаметр D трубы, и толщину стенки s непосредственно в самом блоке. Остальные нюансы блока типа труба аналогичны блоку типа канал - можно задавать разные Ksi для разных участков, разные kKsi, kAlfa и т.д.

Рисунок 2. Схема модели трубы с количеством элементов N = 3

По рисунку видно, что в модели трубы принят одинаковый диаметр и одинаковая толщина стенки у всех элементов трубы, поэтому свойства D и s у данного блока - скалярные (в отличие от, например, свойства Dg канала). Проходное сечение и форма трубы - всегда круглые. Длину каждого участка можно задавать свою: свойство L - векторное (массив действительных чисел).

Порты наверх ↑

  • HydroPort0 - входной гидравлический порт для подключения совместимых блоков;
  • HydroPort1 - выходной гидравлический порт для подключения совместимых блоков;
  • HEATPORT - ненаправленный тепловой порт для подключение тепловых структур. Порт появляется только при установке положительного количества тепловых связей Nheatport > 0. Если свойство Nheatport > 1, появляются ещё тепловые порты HEATPORT1, HEATPORT2 и т.д.

Свойства наверх ↑

Название Имя Описание
Количество тепловых связей Nheatport Количество тепловых портов, при помощи которых возможно подключение других каналов (граничных условий и/или тепловых структур) для организации теплообмена между стенкой трубы и чем-то внешним по отношению к трубе. Должно быть неотрицательным. При ненулевом значении появляется дополнительный порт (порты), при помощи которого трубу следует подключать к другим блокам (каналам или тепловым граничным условиям) для организации расчета теплообмена. Количество элементов канала N и элементов подключаемой тепловой структуры должно быть одинаковым, равно как и длины элементов.
Количество расчётных элементов N Количество контрольных объемов по длине трубы, шт. Минимум 1, максимум неограничен.
Наружный диаметр трубы, м D Наружный диаметр элементов трубопровода (контрольных объемов). Скалярная неотрицательная величина. Модель блока подразумевает что все элементы трубы имеют круглую форму проходного сечения постоянного размера по всей длине трубы.
Толщина стенки трубы, м s Толщина стенки трубопровода.
Длины элементов, м L Массив длин контрольных объёмов трубы. Должен иметь размерность N.
Приращение высоты, м Dz Массив приращений по вертикальной координате z для каждого из контрольных объемов канала. Должен иметь размерность N. Подробнее: Высотные отметки.
Прямое местное сопротивление KsiDir Массив значений для коэффициентов местных сопротивлений в прямом направлении (при значениях расходов на каждой границе между контрольными объемами G(t) > 0). Должен иметь размерность N+1, по числу границ между контрольными объемами.
Обратное местное сопротивление KsiRev Должен иметь размерность N+1. Аналогично KsiDir, но в обратном направлении, при G(t) < 0.
Коэффициент интенсификации теплообмена kAlfa Массив поправочных коэффициентов для уравнений теплообмена с тонкой стенкой трубы (и, возможно, каким-то еще блоком который будет подключен через тепловую связь). Должен иметь размерность N, по числу уравнений теплообмена, которые решаются для данного канала. Если к трубе подключен ещё один блок через тепловой порт, то для каждого элемента трубы вычисляется свой тепловой поток от рабочей среды к стенке, а также от стенки к подключенному блоку, по уравнениям вида q1(t) = kα·α1(t)·ΔT1, q2(t) = kα·α2(t)·ΔT2, где ΔT1, ΔT2 - разница температур теплоносителя и стенки, стенки и внешней среды в данном элементе канала. Для каждого теплоносителя и режима течения уравнение теплообмена записано в соответствующей форме (по имеющейся у разработчиков кода информации). Если по каким-то причинам встроенное в код HS уравнение теплообмена не подходит для конкретного случая, коэфициентом интенсификации kAlfa можно в ту или иную сторону изменить вычисление коэффициентов теплоотдачи α, и в конечном счете зависимости q(t) от ΔT, для большего соответствия модели физическим реалиям. Рекомендуется задавать значения, не сильно отличные от единицы.
Коэффициент интенсификации сопротивления kKsi Должен иметь размерность N+1. Действие коэффициента аналогично kAlfa, только коэффициент оказывает воздействие не на коэффициент теплоотдачи, а на коэффициент распределённого трения для каждой из границ между контрольными объемами, вычисляемый в коде HS для круглой геометрии и выбранного теплоносителя.
Абсолютная шероховатость, м Sh Шероховатость материала внутренней поверхности трубопровода, используется при вычислении коэффициента распределенного трения (а также при вычислении коэффициента теплоотдачи). Например, для газового теплоносителя и круглой трубы общая формула для коэффициента местного сопротивления: ξ(t) = 0.11 · [ (Sh/ Dg) + (68 / Re(t)) ]^0.25, где Re(t) - число Рейнольдса.
Примечание: Подробнее про замыкающие соотношения для различных теплоносителей и геометрий, реализованных в коде HS, можно посмотреть в каталоге C:\SimInTech\source\HS_Coolant_libs.
Объемное энерговыделение, Вт/м³ qv Массив объемных энерговыделений для каждого из элементов трубы. Должен иметь размерность N. Используется для вычисления источникового члена Qv(i,t) = qv(i,t) · S(i) · L(i) в уравнении энергии; S(i) = π·(D - 2·s)2/4. Может быть переменным во времени и отрицательным, если моделируется какой-то сток энергии из теплоносителя канала.
Задать нач. распределение параметров? SetInitDistrib Если установлено в Нет, то начальные значения для давлений, энтальпий (и температур), а также расхода будут взяты по начальным давлениям и энтальпиям в узлах, между которыми расположена труба. Параметры распределятся линейно между давлением (энтальпией) входа и выхода, а расход будет взят нулевой.

Если установлено в Да, то начальные значения будут взяты из свойств P0, H0 (или T0) и G0.

Начальное давление, Па P0 Массив начальных давлений элементов трубы. Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да.
Начальная энтальпия, Дж/кг H0 Массив начальных энтальпий элементов трубы. Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да, а также DefineParam = Энтальпия.
Начальный расход, кг/с G0 Начальный расход в канале. Скалярная величина (принимается, что в начальный момент времени в трубе существует стационарный процесс с постоянным расходом в каждом элементе), имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да.
Начальная температура стенки, °С T0 Массив начальных температур элементов трубы. Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да, а также DefineParam = Температура.
Определяющее свойство, по которому вычислять начальную энтальпию DefineParam Энтальпия/Температура. Определяет способ, по которому будет вычислена начальная энтальпия в элементах трубы - либо по указанной пользователем начальной энтальпии H0, либо энтальпия будет подобрана таким образом, чтобы начальная температура теплоносителя в элементах трубы была равна указанной пользователем температуре T0. Вычисления производятся при указанном начальном давлении по таблицам (или формулам) свойств теплоносителя.
Материал (из файла) Material Имя файла из базы данных материалов кода HS. Файл со свойствами материала представляет собой таблицу (в формате редактора таблиц SimInTech) из 4-х колонок с зависимостью свойств материала от температуры. В каждой колонке должно содержаться: первый столбец - температура, в градусах Цельсия, второй - плотность, кг/м^3, третий - теплопроводность, Вт/(м·К), четвёртый - удельная теплоёмкость материала стенки, Дж/(кг·К). Можно подготовить свой файл и, расположив его в том же каталоге что и файлы поставляемые с SimInTech (C:\SimInTech\bin\DataBase\HS\MATERIALS), использовать новый материал в расчетах.
Модуль упругости первого рода материала, Па E По модулю упругости материала E и коэффициенту Пуассона mu расчитывается характеристика жёсткости стенок ячеек трубы dSdP: dS/dP = (pi·sqr(d_in)/(2·s·(D-s))) · ((((1-mu)/E)·sqr(d_in/2))+(((1+mu)/E)·sqr((d_in/2)+s))). Эта характеристика используется в расчетах для учета расширения или сжатия проходного сечения трубопровода в зависимости от текущего давления. Для учета этого эффекта следует в параметрах расчета включить опцию is_dSdP "Учитывать жёсткость стенок каналов и узлов dS/dP?".
Коэффициент Пуассона материала mu По модулю упругости материала E и коэффициенту Пуассона mu расчитывается характеристика жёсткости стенок ячеек трубы dSdP: dS/dP = (pi·sqr(d_in)/(2·s·(D-s))) · ((((1-mu)/E)·sqr(d_in/2))+(((1+mu)/E)·sqr((d_in/2)+s))). Эта характеристика используется в расчетах для учета расширения или сжатия проходного сечения трубопровода в зависимости от текущего давления. Для учета этого эффекта следует в параметрах расчета включить опцию is_dSdP "Учитывать жёсткость стенок каналов и узлов dS/dP?".
Начальная температура стенки, °С Twall_0 Массив начальной температуры стенки трубы. Должен иметь размерность N. Указанная температура будет присвоена элементам стенки в момент инициализации схемы.

Параметры наверх ↑

Примечание: Параметры, имеющие размерность N, являются массивами и относятся к элементам (ячейкам) трубы, имеющие размерность N+1 - также массивы, относятся к границам элементов трубы.
Название Имя Описание
Давление, Па _p Давление в элементах трубы. Размерность N.
Энтальпия, Дж/кг _h Энтальпия теплоносителя в элементах трубы. Размерность N.
Температура, °С _t Температура теплоносителя в элементах трубы. Размерность N.
Концентрация пассивных примесей, кг/кг _c_passive_tracer Матрица с концентрациями пассивных примесей в каждом элементе трубы. Размерность NxC, где C - размерность массива пассивных примесей в данном контуре.
Удельный объем, м³/кг _v Удельный объем теплоносителя в элементах трубы. Размерность N.
Плотность, кг/м³ _rho Плотность теплоносителя в элементах трубы. Размерность N.
Массовый расход, кг/с _g Расход по границам элементов. Размерность N+1.
Объемный расход, м³/с _q Расход по границам элементов. Размерность N+1.
Скорость, м/с _w Скорость теплоносителя по границам элементов. Размерность N+1.
Число Рейнольдса _Re Размерность N.
Коэф-т распределенного трения _ksiTr Коэффициент распределённого трения, приведенный к границам элементов. Размерность N+1.
Коэф-т местного трения _ksiM Коэффициент местного трения (от местных сопротивлений), приведенный к границам элементов. Размерность N+1.
Потери на трение, Па _dPtr Размерность N+1.
Нивелирные потери, Па _dPniv Размерность N+1.
Потери на ускорение, Па _dPcon Размерность N+1.
Напор насоса, Па _dPnas Размерность N+1.
Суммарные потери на трение, Па _dPtrSum Сумма всех элементов параметра _dPtr.
Сумм. потери на трение в ребре, которому принадлежит канал, Па _dPtrSumRebro Сумма всех элементов параметров _dPtr всех труб данного ребра (ребро - совокупность всех труб или каналов от одного узла до другого, в каждом ребре всегда минимум один канал или одна труба).
Суммарные нивелирные потери, Па _dPnivSum Сумма всех элементов параметра _dPniv.
Суммарные потери на ускорение, Па _dPconSum Сумма всех элементов параметра _dPcon.
Суммарный напор насоса, Па _dPnasSum Сумма всех элементов параметра _dPnas.
Температура стенки трубы, °С _twall Массив температур стенок для каждого из элементов трубы. Размерность N.
Тепловая мощность в ячейках, Вт _qf Размерность N.
Тепловая мощность в трубе, Вт _qfSum Сумма всех элементов параметра _qf.
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К) _Alfa Вычисленный коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке для каждого элемента трубы, с учетом текущей скорости течения, типа и параметров теплоносителя. Размерность N.
Относительная энтальпия (массовое паросодержание) _X _X = (h-h')/(h''-h'). Размерность N.
Режим теплообмена _alfamode Режим теплообмена, в соответствии с которым вычисляются _Alfa1 и _Alfa2. Размерность N. Для теплоносителя типа "Вода" возможны следующию режимы течения:
  • 0 - конвекция смеси неконденсирующийся газ - пар - жидкость;
  • 1 - конвекция при сверхкритическом давлении;
  • 2 - ковекция однофазной жидкости при докритическом давлении;
  • 3 - пузырьковое кипение недогретой жидкости;
  • 4 - пузырьковое кипение на линии насыщения;
  • 5 - переходное кипение недогретой жидкости;
  • 6 - переходное кипение на линии насыщения;
  • 7 - плёночное кипение недогретой жидкости;
  • 8 - плёночное кипение на линии насыщения;
  • 9 - однофазная конвекция пара;
  • 10 - конденсация двухфазной смеси;
  • 11 - конденсация пара;
  • 12 - пузырьковое кипение (отрицательный тепловой поток).
Температура, усреднённая по массе, °С _t_coolant_middle_m Средняя температура теплоносителя в трубе (не среднее арифметическое по элементам!).
Относительная влажность _fi_hum Используется только с теплоносителем типа "влажный воздух". Размерность N.
Масса теплоносителя в ячейках (по ур-ию сохр. массы), кг _m1 Масса теплоносителя, посчитанная одним способом. Размерность N. Используется для отладки.
Масса теплоносителя в ячейках (по ур-ию состояния), кг _m2 Масса теплоносителя, посчитанная вторым способом. Размерность N. Используется для отладки.
Дисбаланс массы в ячейках, кг _Im Рассогласование между _m1 и _m2 (при корректном расчете и сходимости рассогласование должно быть близко к нулю). Размерность N. Используется для отладки.
Энтальпия теплоносителя в ячейках (по ур-ию сохр. энергии), Дж _h1 Энтальпия теплоносителя, посчитанная одним способом. Размерность N. Используется для отладки.
Энтальпия теплоносителя в ячейках (по ур-ию состояния), Дж _h2 Энтальпия теплоносителя, посчитанная вторым способом. Размерность N. Используется для отладки.
Дисбаланс энтальпии в ячейках, Дж _Ih Рассогласование между _h1 и _h2 (при корректном расчете и сходимости рассогласование должно быть близко к нулю). Размерность N. Используется для отладки.
Общий объем теплоносителя, м³ _v_full Сумма объемов всех элементов трубы.
Общая масса теплоносителя (по ур-ию состояния), кг _m2_full Сумма всех элементов параметра _m2.
Давление на входе, Па _pin Давление в узле, подключенном ко входу в трубу.
Энтальпия на входе, Дж/кг _hin Энтальпия в узле, подключенном ко входу в трубу.
Температура на входе, °С _tin Температура в узле, подключенном ко входу в трубу.
Массовый расход на входе, кг/с _gin Расход из входного узла в трубу (первый элемент параметра _g).
Объемный расход на входе, м³/с _qin Расход из входного узла в трубу (первый элемент параметра _q).
Скорость на входе, м/с _win Скорость на границе между входным узлом и первым элементом трубы (первый элемент параметра _w).
Давление на выходе, Па _pou Давление в узле, подключенном к выходу из трубы.
Энтальпия на выходе, Дж/кг _hou Энтальпия в узле, подключенном к выходу из трубы.
Температура на выходе, °С _tou Температура в узле, подключенном к выходу из трубы.
Массовый расход на выходе, кг/с _gou Расход из трубы в узел, подключенный к выходу из трубы (последний элемент параметра _g).
Объемный расход на выходе, м³/с _qou Расход из трубы в узел, подключенный к выходу из трубы (последний элемент параметра _q).
Скорость на выходе, м/с _wou Скорость на границе между последним элементом трубы и выходным узлом (последний элемент параметра _w).
Перепад давления, Па _dp Перепад давления между входным и выходным узлом.
Перепад энтальпии, Дж/кг _dh Перепад энтальпии между входным и выходным узлом.
Перепад температуры, °С _dt Перепад температуры между входным и выходным узлом.
Коорд. центров ячеек, м _coord_center_cell Размерность N.
Коорд. границ ячеек, м _coord_border_cell Размерность N+1.
Выс. отметки центров ячеек, м _z_center_cell Размерность N.
Выс. отметки границ ячеек, м _z_border_cell Размерность N+1.

Блок может быть соединен с другими блоками посредством гидравлических и тепловых связей.

При помощи гидравлических связей блок может соединяться со следующими блоками:

При помощи тепловых связей блок может соединяться со следующими блоками:

В качестве дополнительных элементов на блок HS – Труба могут быть установлены следующие блоки (при этом блок HS – Труба будет родительским, а дополнительно установленные блоки – дочерними):

Связанные страницы