Теплогидравлика / Каналы
На уровень выше: Каналы

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 тип 1. 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.
Прим.: 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, C_passive_tracer_0, 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.
Начальная температура, °С T0 Массив начальных температур элементов трубы. Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да, а также DefineParam = Температура.
Начальный расход, кг/с G0 Начальный расход в трубе. 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.
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.
Начальная концентрация пассивных примесей, кг/кг T0 Матрица начальных концентраций пассивных примесей элементов трубы. Должна иметь количество строк N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = Да.
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.
Температура окружающей среды, °С T_air Массив температур окружающей среды. Должен иметь размерность N.
Коэффициент теплоотдачи к окружающей среде, Вт/м² Alf_air Массив коэффициентов теплоотдачи к окружающей среде. Должен иметь размерность N.
Расчёт критического течения is_Kr Признак расчёта критического течения..
Расчёт потерь на ускорение is_Conv Признак расчёта конвективного члена в уравнении движения.

Параметры наверх ↑

Прим.: 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

На уровень выше: Каналы
Справочная система создана на базеXML Author