HS – Граничный узел

 
палитра схема

Описание

Блок реализует модель узла (контрольного объема) типа "граничное условие по давлению" и, частично, энтальпии, с постоянными геометрическими характеристиками.

Позволяет моделировать некоторую граничную область контура с объёмом V, являющуюся внешней (смежной) системой или окружающей средой по отношению к моделируемому контуру. Таким образом, объем V граничного узла как бы подсоединён и к моделируемому контуру (размещенными на схеме гидравлическими связями), и к внешнему "резервуару" теплоносителя неограниченной массы и постоянного давления и энтальпии. Это символизирует оранжевый шестиугольник на расчетной схеме. Он является "биркой", не является расчетным блоком и отображает давление и энтальпию (температуру), заданные в граничном узле.

Примечание: Расход в каждом участке контура формируется под действием разности давлений, поэтому в зависимости от давления на противоположном конце канала (каналов), подключенного к граничному узлу, теплоноситель может как «вытекать» из граничного узла в канал, так и «втекать» из канала в граничный узел. При этом, вытекающий (из граничного узла в контур) теплоноситель будет обладать давлением, заданным в свойствах граничного узла, и текущей температурой теплоносителя в пределах объема V граничного узла. Втекающий же в граничный узел теплоноситель будет изменять энтальпию теплоносителя в пределах его объема (как это происходит и во внутренних узлах расчетной схемы). Если в процессе моделирования энтальпия (или температура) теплоносителя в граничном узле выросла или уменьшилась относительно заданной в свойствах блока энтальпии (температуры), то при истечении из узла в контур будет происходить следующий процесс: из узла в контур будет перетекать теплоноситель с измененной энтальпией (температурой), а в узел из бесконечного резервуара будет притекать теплоноситель с заданной энтальпией (температурой), устремляя энтальпию в узле к заданной (по мере перемешивания). Таким образом, корректно говорить про граничный узел как про "граничное уловие типа давление", поскольку давление в граничном узле всегда постоянно и не вычисляется. Энтальпия же является переменной состояния для граничного узла и в общем случае, не равна заданной энтальпии в свойствах блока.

Подключение граничного узла к контуру происходит аналогично подключению внутреннего узла:

Рисунок 1. Вариант использования граничного узла

При этом узел будет «держать» давление в данной точке расчетной схемы. В процессе расчета допустимо задавать новые значения давления в граничном узле, либо задавать его через сигнал проекта, меняя значение сигнала. Желательно не допускать сильных скачков давления в граничном узле, для устойчивости расчетной схемы.

Оранжевый шестиугольник является дочерним нерасчетным блоком, который только отображает значения свойств P и T (или H, если определяющий параметр - энтальпия), заданные в граничном узле. При необходимости он может быть удалён со схемы, и это не повлияет на расчет.

Свойства и параметры блока примерно аналогичны свойствам и параметрам внутреннего узла.

Примечание:

Комбинацией граничного узла (задающего давление) и подпитки можно организовывать соединение нескольких автономных теплогидравлических моделей (каждая из которых является отдельным проектом) в единую расчетную модель, передавая значения параметров теплоносителя из одной модели в другую через базу сигналов:

Рисунок 2. Интеграция двух схем в одну модель, схема А

Рисунок 3. Интеграция двух схем в одну модель, схема Б

Расход, вычисленный между каналом и граничным узлом в схеме А, на каждом шаге передается и записывается в блок подпитки схемы Б. Давление, вычисленное во внутреннем узле схемы Б, передается и записывается в граничный узел схемы А. Передача энтальпии – зависит от направления расхода: в прямом направлении (теплоноситель перетекает из схемы А в схему Б) значение энтальпии граничного узла передается в подпитку; в обратном направлении значение энтальпии внутреннего узла Б передается в граничный узел А. Передача значений организовывается блоками типа «точка контроля» P,H для узлов и G для канала в схеме А и механизмом глобальных сигналов базы данных.

Свойства

Название Имя Описание
Давление, Па P Давление, которое будет присвоено давлению в узле в начале расчета, на этапе инициализации, и которое не будет изменяться (перевычисляться) в граничном узле. В процессе расчета может быть задано новое значение давления - вручную или по какой-либо формуле.
Энтальпия, Дж/кг H Величина энтальпии, которая будет присвоена энтальпии теплоносителя в узле в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение Температура, свойство не учитывается, и начальное значение для энтальпии будет подобрано по температуре T (при заданном давлении P).
Температура, °С T Величина температуры, которая будет присвоена температуре теплоносителя в узле в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение Энтальпия, свойство не учитывается, а начальная температура будет вычислена по энтальпии H (при заданном давлении P).
Определяющее свойство, по которому вычислять энтальпию DefineParam Определяет способ, по которому будет вычислена энтальпия в узле - либо по указанной пользователем энтальпии H, либо энтальпия будет подобрана таким образом, чтобы температура теплоносителя в узле была равна указанной пользователем температуре T. Вычисления производятся при указанном давлении по таблицам (или формулам) свойств теплоносителя.
Объем узла, м³ V Объём узла. Константа. Объем теплоносителя бесконечного резервуара неограничен, т.е. через граничный узел в контур может поступить неограниченное количество теплоносителя.
Гидравлический диаметр, м Dg Гидравлический диаметр граничного узла.
Проходное сечение, м² S Проходное сечение граничного узла.
Высотная отметка, м Z Высотная отметка. Используется для расчета величины нивелирного напора.
Теплоноситель coolant Тип теплоносителя в узле. В пределах одного гидравлически связного контура должен быть установлен один и тот же теплоноситель. Допустимо указать его в каком-либо одном узле контура. Если он не выбран ни в одном из узлов контура, используется теплоноситель по-умолчанию (вода).
Объемное энерговыделение, Вт/м³ qv Объемное энерговыделение - источниковый член в уравнении сохранения энергии. В основном используется при моделировании ядерной техники. Может быть отрицательным (например, при моделировании теплообменника с учетом теплоотдачи излучением), или еще в каких-то ситуациях. Как правило, в граничных узлах это свойство равно нулю почти всегда.
Концентрация пассивных примесей, кг/кг C_passive_tracer Величина концентрации пассивных примесей в узле (и в подсоединенном резервуаре бесконечного объема). Размерность вектора должна быть одинаковой во всех контрольных объемах связного гидравлического контура (у всех узлов, элементов каналов, узлов баков и граничных узлов).
Характеристика жёсткости стенок узла dV/dP, м³/Па dVdP Жёсткость стенок, используется при моделировании трубопроводов с учетом упругих деформаций стенок (см. параметр "Учитывать жёсткость стенок каналов и узлов dS/dP?" is_dSdP в параметрах проекта).

Свойство блока DefineParam определяет, по какому из двух (H или T) свойств будут определены начальные параметры теплоносителя в пределах объема узла V. Давление граничного узла задается свойством P.

Объем узла является постоянной величиной в процессе моделирования. Характеристика жёсткости стенок узла dVdP учитывается только если она ненулевая, и если в параметрах расчета включена опция «Учитывать жёсткость стенок каналов и узлов dS/dP?». Свойство dVdP является экспериментальным.

В процессе расчета на каждом шаге для узла вычисляются параметры теплоносителя: _p=P, _h, _t, _v и _rho=1/_v. Расходы по веткам показывают входящие (или исходящие) расходы по подключенным к узлу каналам, расход подпитки в узел _gp – отображает сумму всех входящих и выходящих расходов, с учетом блока типа HS – Подпитка (при его наличии, конечно). В стационарных процессах _gp стремится к нулю.

Параметр _c_passive_tracer отображает вектор с текущими концентрациями пассивных примесей в узле. Модель пассивных примесей является моделью переноса произвольных примесей по контуру, без учета влияния примесей на теплофизические свойства теплоновителя.

Параметры

Название Имя Описание
Давление, Па _p Текущее давление в узле. Для граничного узла этот параметр всегда равен заданному свойству P.
Энтальпия, Дж/кг _h Текущая энтальпия теплоносителя в узле. Если из узла только вытекает теплоноситель, то энтальпия будет равна заданной.
Температура, °С _t Текущая температура теплоносителя в узле.
Удельный объём, м³/кг _v Текущий удельный объём теплоносителя в узле.
Плотность, кг/м³ _rho Текущая плотность теплоносителя в узле.
Расходы по веткам, кг/с _g Расходы по входящим и выходящим гидравлическим связям узла. То есть расходы, поступающие в узел из подключенных каналов и уходящие из узла в подключенные каналы.
Расход подпитки в узел, кг/с _gp Суммарный расход, входящий в узел.
Концентрации пассивных примесей, кг/кг _c_passive_tracer Текущие концентрации пассивных примесей в узле.
Масса теплоносителя, кг _m Масса теплоносителя в пределах объема узла (параметр численно равен V/_rho).
Номер связного контура, к которому принадлежит узел _n_cont Константа, используется для отладки сложных схем. Например, для поиска всех узлов, принадлежащих одному и тому же контуру. Номер присваивается узлу при инициализации схемы автоматическим алгоритмом анализа топологии схемы и сортировки блоков.

Блок может быть соединен посредством гидравлических связей со следующими блоками:

Математическая модель

Граничный узел позволяет "фиксировать" давление в какой-либо части контура, чем можно пользоваться при отладке больших схем, набирая их по частям. С каждым граничным узлом может быть связано произвольное количество каналов. В граничном узле решается уравнение сохранения массы и энергии теплоносителя при постоянном давлении P(t) = P, а также уравнение сохранения массы пассивной примеси.

Уравнение сохранения массы для внутреннего узла выглядит следующим образом:

Связанные страницы