 |
 |
|
| в палитре | на схеме |
Блок представляет собой модель герметичного (закрытого) бака, заполненного неконденсирующимся и нерастворяющимся в теплоносителе инертным газом. Газ заполняет весь свободный объем бака над уровнем теплоносителя. Главной особенностью бака является возможность подключения газового контура. Таким образом, к баку могут быть одновременно подключены 2 гидравлических конутра: жидкостный и газовый.
Жидкость и газ, находящиеся в баке, могут совершать работу и обмениваться теплом как друг с другом, так и с тепловыми структурами.
В начальный момент времени задается начальное давление газа и начальный уровень теплоносителя. В процессе расчета давление газа определяется по уравнению состояния. Давление жидкости считается равным давлению газа во всех случаях, кроме случая полного заполнения бака жидкостью.
К баку в виде дочерних объектов должны быть подключены два или более узлов (блоков типа Узел компенсатора), посредством которых бак подсоединяется к гидравлическим контурам (к каналам и трубам). Свойство блока Узел компенсатора «Тип подключения (для газового компенсатора)» определяет, к какому контуру подключен узел бака (жидкостному или газовому). При этом на расчетной схеме по умолчанию узлы, относящиеся к газовому контуру, окрашены в желтый цвет.
Математическая модель бака представляет собой модель типа «камера смешения». Расчет жидкостного и газового объемов осуществляется в сосредоточенных параметрах.
Физический объект, соответствующий блоку: герметичный бак (с закрытым верхом) со свободным уровнем теплоносителя, заполненный заданным инертным газом над уровнем теплоносителя.
Рисунок 1. Пример подключения бака к двум гидравлическим контурам (жидкостному и газовому) и тепловой структуре
Совместимые блоки
Соединение блока «Газовый компенсатор давления» с другими элементами гидравлической схемы происходит с помощью блока «Узел компенсатора».
Математическая модель
-
для объема жидкости в баке:
где vF – удельный объем жидкости [м³/кг];
VF - объем жидкости [м³];
ΣGinF – сумма входящих в бак расходов жидкости [кг/с];
ΣGouF – сумма выходящих из бака расходов жидкости [кг/с];
ρF – плотность жидкости [кг/м³].
-
для энтальпии жидкости в баке:
где HF - энтальпия жидкости в баке [Дж/кг*К];
ΣGHinF – расход входящей с жидкостью в бак энергии [Вт];
QwallF – суммарная мощность от теплообмена со стенками к жидкости [Вт];
QTBF – суммарная мощность от теплообмена с трубными пучками к жидкости [Вт];
QTENF – суммарная мощность от теплообмена с ТЭН к жидкости [Вт];
QFG – тепловой поток от жидкости к газу [Вт];
AFG – работа, совершаемая жидкостью над газом [Вт];
αFG – коэффициент теплоотдачи между жидкостью и газом [Вт/(м²·K)];
TF – температура жидкости [K];
TG – температура газа [K];
F – площадь зеркала жидкости на границе раздела областей [м²].
-
для массы газа в баке:
где MG - масса газа в баке [кг];
ΣGinG – сумма входящих в бак расходов газа [кг/с];
ΣGouG – сумма выходящих из бака расходов газа [кг/с].
-
для энтальпии газа в баке:
где HG - энтальпия газа в баке [Дж/кг*К];
ΣGHinG – расход входящей с газом в бак энергии [Вт];
QwallG – суммарная мощность от теплообмена со стенками к газу [Вт];
QTBG – суммарная мощность от теплообмена с трубными пучками к газу [Вт];
QTENG – суммарная мощность от теплообмена с ТЭН к газу [Вт];
PG - давление газа в баке [Па];
VG – объем газа [м³].
-
для давления газа в баке:
где MMG – молярная масса газа [кг/моль];
RG – универсальная газовая постоянная [Дж/(моль·К)];
a - константа 'a' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, Па·м⁶·моль⁻²;
b - константа 'b' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, м³·моль⁻¹.
-
для давления жидкости в баке:
где PF - давление жидкости в баке [Па];
τ – постоянная времени апериодического звена 1-го порядка при вычислении давления жидкости (τ=0.1) [с];
βF – коэффициент сжимаемости жидкости [1/Па];
VMING – минимально возможный («мертвый») объем газа в баке [м³].
-
для концентрации i-ой пассивной примеси в объеме жидкости:
где CF – концентрация i-ой пассивной примеси в объеме жидкости [кг/кг];
ΣGCinF – расход входящей с жидкостью в бак i-ой примеси [кг/с];
CvF – источник i-ой примеси в объеме жидкости [кг/(м³·с)];
λ – постоянная распада i-ой примеси [1/с].
-
для концентрации i-ой пассивной примеси в объеме газа:
где vG – удельный объем газа [м³/кг];
CG – концентрация i-ой пассивной примеси в объеме газа [кг/кг];
ΣGCinG – расход входящей с газом в бак i-ой примеси [кг/с];
CvG – источник i-ой примеси в объеме газа [кг/(м³·с)].
Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенкам и трубным пучкам рассчитываются для случая естественной конвекции по эмпирической формуле [1]:
где Gr – число Грасгофа;
α – коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке или трубному пучку [Вт/(м²·K)];
g – ускорение свободного падения на поверхности Земли [м/с²];
De – определяющий характерный линейный размер поверхности теплообмена [м];
ν – кинематическая вязкость теплоносителя [м²/с];
β – коэффициент объемного теплового расширения [1/K];
Tw – температура поверхности теплообмена [°C];
T – температура теплоносителя [°C];
Pr – число Прандтля теплоносителя;
λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя [Вт/(м·K)].
Входные порты
| Имя | Описание | Тип линии связи |
|---|---|---|
| HEAT1PORT | Тепловой порт для подключения совместимых блоков | Тепловая |
| HEATPORT_BUNDLE | Тепловой порт для подключения совместимых блоков | Тепловая |
Выходные порты
Блок не имеет выходных портов.
Свойства
| Название | Имя | Описание | По умолчанию | Тип данных |
|---|---|---|---|---|
| Объем бака, м³ | V | Объем бака | 5 | Вещественное |
| Минимальный («Мертвый») объем газа в баке, м³ | Vmin_g | Минимально возможный объем газа в баке | 0.1 | Вещественное |
| Высотная отметка днища, м | Z | Высотная отметка днища бака. Используется для расчета величины нивелирного напора | 0 | Вещественное |
| Тип геометрии бака | Geom | Характеризует профиль бака по высоте | Вертикальный цилиндр | Перечисление |
| Внутренний диаметр, м | D | Внутренний диаметр бака | 1 | Вещественное |
| Зависимость уровня (м) от объема жидкости (м³) L=f(V) | Larr | Двумерный массив формата: [[объемы];[высоты]]. Характеризует профиль бака по высоте для произвольного типа геометрии | [[0 , 2 , 5];[0 , 1 , 2]] | Матрица |
| Учитывать производную давления по времени dP/dt в уравнении сохранения энергии для газового объёма | ConsPressForces | Если свойство ConsPressForces установлено в значение «Да», то в уравнении энергии для газового объема учитывается составляющая работы сил давления | Нет | Двоичное |
| Константа 'a' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, Па·м⁶·моль⁻² | A | Значение константы 'a' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, Па·м⁶·моль⁻² | 0 | Вещественное |
| Константа 'b' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, м³·моль⁻¹ | B | Значение онстанта 'b' в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса, м³·моль⁻¹ | 0 | Вещественное |
| Начальные условия | Задание начальных условий | |||
| Определяющее свойство | DefineParam | Определяет способ, по которому будет вычислена начальная энтальпия - либо по указанной пользователем начальной энтальпии H0, либо энтальпия будет подобрана таким образом, чтобы начальная температура теплоносителя была равна указанной пользователем температуре T0. Вычисления производятся при указанном начальном давлении по таблицам (или формулам) свойств теплоносителя | Температура | Перечисление |
| Начальное давление газа, Па | P | Давление, которое будет присвоено давлению в баке в начале расчета, на этапе инициализации | 100000 | Вещественное |
| Начальная энтальпия жидкости, Дж/кг | H0 | Величина энтальпии жидкости, которая будет присвоена в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение «Температура», свойство не учитывается, и начальное значение для энтальпии будет подобрано по начальной температуре T0 (при заданном давлении P0) | 200000 | Вещественное |
| Начальная температура жидкости, °С | T0 | Величина температуры жидкости, которая будет присвоена в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение «Энтальпия», свойство не учитывается, а начальная температура будет вычислена по энтальпии H0 (при заданном давлении P0) | 20 | Вещественное |
| Начальная энтальпия газа, Дж/кг | H0_g | Величина энтальпии газа, которая будет присвоена в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение «Температура», свойство не учитывается, и начальное значение для энтальпии будет подобрано по начальной температуре T0 (при заданном давлении P0) | 20000 | Вещественное |
| Начальная температура газа, °С | T0_g | Величина температуры газа, которая будет присвоена в начале расчета. Если определяющий параметр DefineParam установлен в значение «Энтальпия», свойство не учитывается, а начальная температура будет вычислена по энтальпии H0_g (при заданном давлении P0) | 20 | Вещественное |
| Начальный объем жидкости, м³ | V0 | Начальный объем теплоносителя в баке | 1 | Вещественное |
| Теплообмен | Задание параметров теплообмена | |||
| Со стенками | ||||
| Количество тепловых портов | Nheatport_wall | Количество тепловых портов для подключения цилиндрических стенок бака | 0 | Целое |
| Количество элементов разбиения | Nh | Количество элементов разбиения стенки со стороны бака | 1 | Целое |
| Длины элементов разбиения, м | deltaH | Длины элементов разбиения стенки со стороны бака | [1] | Массив |
| Ручное задание коэф. теплоотдачи | f_alfa_wall | Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи со стенками бака | Да | Двоичное |
| Коэф. теплоотдачи над уровнем, Вт/(м²·К) | alfa_g_wall | Величины коэффициентов теплоотдачи со стенками бака над уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) | [] | Массив |
| Коэф. теплоотдачи под уровнем, Вт/(м²·К) | alfa_f_wall | Величины коэффициентов теплоотдачи со стенками бака под уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) | [] | Массив |
| Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем | k_alfa_g_wall | Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчета коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) | [] | Массив |
| Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем | k_alfa_f_wall | Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчета коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) | [] | Массив |
| С трубными пучками | ||||
| Количество тепловых портов | Nheatport_tube_bundle | Количество тепловых портов для подключения трубных пучков | 0 | Целое |
| Нижняя высотная отметка (относительно днища бака), м | Z_bot_tube_bundle | Высотные отметки низа трубных пучков относительно днища бака | [] | Массив |
| Верхняя высотная отметка (относительно днища бака), м | Z_top_tube_bundle | Высотные отметки верха трубных пучков относительно днища бака | [] | Массив |
| Тип пучка (0-горизонтальный, 1-вертикальный) | f_vert | Выбор расположения трубного пучка внутри бака | [] | Целый массив |
| Ручное задание коэф. теплоотдачи | f_alfa_tb | Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками | Да | Перечисление |
| Коэф. теплоотдачи над уровнем, Вт/(м²·К) | alfa_g_tb | Величины коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками над уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) | [] | Массив |
| Коэф. теплоотдачи под уровнем, Вт/(м²·К) | alfa_f_tb | Величины коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками под уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) | [] | Массив |
| Определяющий размер трубного пучка (для теплообмена), м | de_tube_bundle | Участвует в расчете коэффициента теплоотдачи с трубным пучком (используется при выборе программного расчета коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) | [] | Массив |
| Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем | k_alfa_g_tb | Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчета коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) | [] | Массив |
| Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем | k_alfa_f_tb | Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчета коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) | [] | Массив |
| Постоянная времени сглаживания коэф. теплоотдачи, c | t_alfa | Постоянная времени, предназначенная для сглаживания резких изменений коэффициентов теплоотадчи | 0 | Вещественное |
| Коэф. теплоотдачи между жидкостью и газом, Вт/(м²·К) | alfa_fg | Величины коэффициентов теплоотдачи между двумя средами (жидкостью и газом) | 100 | Вещественное |
| Примеси | Задание начальной концентрации пассивных прмесей | |||
| Концентрация пассивных примесей в жидкости начальная, кг/кг | C_passive_tracer_0 | Начальная величина концентрации пассивных примесей в жидкости. Размерность вектора должна быть одинаковой во всех контрольных объемах связного гидравлического контура (у всех узлов, элементов каналов, узлов баков и граничных узлов) | [] | Массив |
| Концентрация пассивных примесей в газе начальная, кг/кг | C_passive_tracer_0_g | Начальная величина концентрации пассивных примесей в газе. Размерность вектора должна быть одинаковой во всех контрольных объемах связного гидравлического контура (у всех узлов, элементов каналов, узлов баков и граничных узлов) | [] | Массив |
| Объемный источник пассивной примеси в жидкости, кг/(м³·с) | Cv_source | Начальная величина объемного источника пассивных примесей в жидкости. Размерность вектора должна быть одинаковой во всех контрольных объемах связного гидравлического контура (у всех узлов, элементов каналов, узлов баков и граничных узлов) | [] | Массив |
| Объемный источник пассивной примеси в газе, кг/(м³·с) | Cv_source_g | Начальная величина объемного источника пассивных примесей в газе. Размерность вектора должна быть одинаковой во всех контрольных объемах связного гидравлического контура (у всех узлов, элементов каналов, узлов баков и граничных узлов) | [] | Массив |
Параметры
| Название | Имя | Описание | Тип данных |
|---|---|---|---|
| Давление жидкости, Па | _P | Текущее значение давления жидкости | Вещественное |
| Энтальпия жидкости, Дж/кг | _H | Текущее значение энтальпии жидкости | Вещественное |
| Температура жидкости, °С | _T | Текущее значение температуры жидкости | Вещественное |
| Плотность жидкости, кг/м³ | _Rho | Текущее значение плотности жидкости | Вещественное |
| Масса жидкости, кг | _M | Текущее значение массы жидкости | Вещественное |
| Объем жидкости, м³ | _Volume | Текущее значение объема жидкости | Вещественное |
| Уровень жидкости, м | _Level | Текущее значение уровня жидкости в баке | Вещественное |
| Производная плотности жидкости по времени, кг/(м³·с) | _dro_dt | Скорость изменения плотности жидкости | Вещественное |
| Давление газа, Па | _P_gas | Текущее значение давления газа | Вещественное |
| Энтальпия газа, Дж/кг | _H_gas | Текущее значение энтальпии газа | Вещественное |
| Температура газа, °С | _T_gas | Текущее значение температуры газа | Вещественное |
| Плотность газа, кг/м³ | _Rho_gas | Текущее значение плотности газа | Вещественное |
| Масса газа, кг | _M_gas | Текущее значение массы газа | Вещественное |
| Объем газа, м³ | _Volume_gas | Текущее значение объема газа в баке | Вещественное |
| Сумма входящих расходов жидкости, кг/с | _sum_g_in | Текущее значение расхода жидкости входящей в бак | Вещественное |
| Сумма выходящих расходов жидкости, кг/с | _sum_g_out | Текущее значение расхода жидкости выходящей из бака | Вещественное |
| Сумма входящих расходов газа, кг/с | _sum_g_in_gas | Текущее значение расхода газа входящего в бак | Вещественное |
| Сумма выходящих расходов газа, кг/с | _sum_g_out_gas | Текущее значение расхода газа выходящего из бака | Вещественное |
| Мощность от трубных пучков, Вт | _Q_tb | Текущее значение тепловой мощности, исходящей от трубных пучков | Вещественное |
| Мощность от стенок, Вт | _Q_wall | Текущее значение тепловой мощности, исходящей от стенок бака | Вещественное |
| Мощность от ТЭН, Вт | _Q_ten | Текущее значение тепловой мощности, исходящей от термоэлектрического нагревателя | Вещественное |
| Суммарная мощность от теплообмена, Вт | _Q_sum | Текущее значение суммарной тепловой мощности от теплообмена | Вещественное |
| Тепловая мощность, передаваемая от жидкости к газу, Вт | _Q_fg | Текущее значение тепловой мощности передаваемой от жидкости к газу | Вещественное |
| Работа, совершаемая жидкостью над газом, Вт | _A_fg | Текущее значение работы, совершаемой жидкостью над газом | Вещественное |
| Начальная концентрация пассивных примесей в жидкости, кг/кг | _c_passive_tracer | Текущие концентрации пассивных примесей в жидкости | Массив |
| Начальная концентрация пассивных примесей в газе, кг/кг | _c_passive_tracer_gas | Текущие концентрации пассивных примесей в газе | Массив |
| Шаг интегрирования | _step | Текущий шаг интегрирования в блоке (может отличаться от шага интегрирования в параметрах расчета) | Вещественное |
Примеры
Литература
- П.Л.Кириллов, Ю.С.Юрьев, В.П.Бобков "Справочник по теплогидравлическим расчетам (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы)". - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 360 с.
