HS – Кольцевой зазор

 
палитра схема

Описание

Блок "Кольцевой зазор". Блок реализует модель зазора в коаксиальной трубе, т.е. формулы расчета коэффициента трения, а также теплопередачи к стенке реализованы именно для такой геометрии, а тепловые стркутуры (стенки) могут быть подключены как к наружной стороне зазора, так и к внутренней, в отличие от канала или трубы. Блок моделирует течение жидкости в кольцевом зазоре между двумя коаксиальными круглыми трубами.

Рисунок 1. Блок кольцевого зазора с подключенными наружной и внутренней стенками на схеме

По размещению на схеме блок аналогичен блоку HS – Канал. Свойства и параметры блока примерно-аналогичны свойствам и параметрам канала, основное отличие - задание одной или двух тепловых портов через свойства isHeat1 и isHeat2, а также расчет двух коэффициентов теплоотдачи _Alfa1 и _Alfa2 (и сопутствующих величин).

Рисунок 2. Схема модели кольцевого зазора с количеством элементов N = 3

Свойства наверх ↑

Название Имя Описание
Тепловая связь внутри isHeat1 Включает/выключает входной тепловой порт, к которому следует подключать наружную сторону какой-либо тепловой структуры (стенки). Количество элементов кольцевого зазора N и элементов подключаемой тепловой структуры должно быть одинаковым, равно как и длины элементов.
Тепловая связь снаружи isHeat2 Включает/выключает выходной тепловой порт, к которому следует подключать внутреннюю сторону какой-либо тепловой структуры (стенки). Количество элементов кольцевого зазора N и элементов подключаемой тепловой структуры должно быть одинаковым, равно как и длины элементов.
Количество участков N Количество расчетных элементов по длине кольцевого зазора, шт. Минимум 1.
Внутренний диаметр кольцевого зазора, м D1 Внутренний диаметр кольцевого зазора (равен наружному диаметру внутренней трубы).
Внешний диаметр кольцевого зазора, м D1 Внешний диаметр кольцевого зазора (равен внутреннему диаметру наружной трубы).
Длина, м L Массив длин элементов кольцевого зазора. Размерность N.
Изменение высоты, м Dz Массив приращений по высоте для каждого из элементов блока. Размерность N.
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 присоединенными тепловыми структурами. Должен иметь размерность N, по числу участков, на которых решаются уравнения теплообмена. Если к зазору подключена тепловая структура (например, стенка), то для каждого элемента зазора вычисляется свой тепловой поток от рабочей среды к стенке, по уравнению вида q(t) = kα*α(t)*ΔT, где ΔT - разница температур теплоносителя и стенки в данном элементе зазора. Если подключено две тепловых структуры снаружи и внутри, то на каждом участке решается два таких уравнения. 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 коэффициента теплоотдачи α1 и α2, и в конечном счете зависимости q(t) от ΔT, для большего соответствия модели физическим реалиям. Рекомендуется задавать значения, не сильно отличные от единицы.
Абсолютная шероховатость, м Sh Шероховатость материала поверхностей трубопроводов, используется при вычислении коэффициента распределенного трения (а также при вычислении коэффициента теплоотдачи, при наличии теплообмена). 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 зазора. Должен иметь размерность N. Используется для вычисления источникового члена Qv(i,t) = qv(i,t) · S(i) · L(i) в уравнении энергии. Может быть переменным во времени и отрицательным, если моделируется какой-то сток энергии из теплоносителя.

Параметры наверх ↑

Примечание: Параметры, имеющие размерность N, являются массивами и относятся к элементам (ячейкам) зазора, имеющие размерность N+1 - также массивы, относятся к границам элементов зазора.
Название Имя Описание
Давление, Па _p Давление в элементах зазора. Размерность N.
Энтальпия, Дж/кг _h Энтальпия теплоносителя в элементах зазора. Размерность N.
Температура, °С _t Температура теплоносителя в элементах зазора. Размерность N.
Концентрация пассивных примесей, кг/кг _c_passive_tracer Матрица с концентрациями пассивных примесей в каждом элементе зазора. Размерность NxC, где C - размерность массива пассивных примесей в данном контуре (может быть нулевой, тогда и матрица имеет нулевой размер, точнее N x 0).
Удельный объем, м³/кг _v Удельный объем теплоносителя в элементах зазора. Размерность N.
Плотность, кг/м³ _rho Плотность теплоносителя в элементах зазора. Размерность N.
Массовый расход, кг/с _g Расход массовый по границам элементов. Размерность N+1.
Объемный расход, м³/с _q Расход объёмный по границам элементов. Размерность N+1.
Скорость, м/с _w Скорость теплоносителя на границах 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 зазор, Па _dPtrSumRebro Сумма всех элементов параметров _dPtr всех зазоров (или каналов, труб) данного ребра (ребро - совокупность всех каналов,труб, кольцевых зазоров от одного узла до другого, в каждом ребре всегда минимум один канал/труба/зазор).
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.
Тепловая мощность в ячейках, Вт _qf Размерность N.
Тепловая мощность в зазоре, Вт _qfSum Сумма всех элементов параметра _qf.
Мощность на внутренней стенке, Вт _qf1 Размерность N.
Мощность на наружной стенке, Вт _qf2 Размерность N.
Суммарная мощность через внутреннюю стенку, Вт _qfSum1 Сумма всех элементов параметра _qf1.
Суммарная мощность через наружную стенку, Вт _qfSum2 Сумма всех элементов параметра _qf2.
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К) _Alfa Резерв (не используется). Размерность N.
Коэффициент теплоотдачи внутри, Вт/(м²·К) _Alfa1 Вычисленный коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки (при её наличии) для каждого элемента зазора, с учетом текущей скорости течения, типа и параметров теплоносителя, геометрических размеров зазора. Размерность N.
Коэффициент теплоотдачи снаружи, Вт/(м²·К) _Alfa2 Вычисленный коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к внешней стенке (при её наличии) для каждого элемента зазора, с учетом текущей скорости течения, типа и параметров теплоносителя, геометрических размеров зазора. 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 зазоре (не среднее арифметическое по элементам!).
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 в зазоре, м³ _v_full Сумма объемов всех ячеек зазора.
Общая масса теплоносителя в зазоре (по ур-ию состояния), кг _m2_full Сумма всех элементов параметра _m2.
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.
Давление на входе, Па _pin Давление в узле, подключенном ко входу в зазор.
Энтальпия на входе, Дж/кг _hin Энтальпия в узле, подключенном ко входу в зазор.
Температура на входе, °С _tin Температура в узле, подключенном ко входу в зазор.
Массовый расход на входе, кг/с _gin Расход из входного узла в зазор (первый элемент параметра _g).
Объемный расход на входе, м³/с _qin Расход из входного узла в зазор (первый элемент параметра _q).
Скорость на входе, м/с _win Скорость на границе между входным узлом и первым элементом зазора (первый элемент параметра _w).
Давление на выходе, Па _pou Давление в узле, подключенном к выходу из зазора.
Энтальпия на выходе, Дж/кг _hou Энтальпия в узле, подключенном к выходу из зазора.
Температура на выходе, °С _tou Температура в узле, подключенном к выходу из зазора.
Массовый расход на выходе, кг/с _gou Расход из канала в узел, подключенный к выходу из зазора (последний элемент параметра _g).
Объемный расход на выходе, м³/с _qou Расход из канала в узел, подключенный к выходу из зазора (последний элемент параметра _q).
Скорость на выходе, м/с _wou Скорость на границе между последним элементом зазора 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.

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: