Блок 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 учетом теплообмена между
теплоносителем и стенкой: используется модель тонкой стенки, в которой рассчитывается одна
температура стенки в радиальном направлении, то есть для каждого элемента трубы моделируется
свой участок стенки с одной средней температурой на данном участке.
Блок "Труба" является частным случаем блока
Канал, с заданной всегда круглой геометрией канала и
расширенной в части теплообмена присоединенной моделью стенки, аналогичной модели блока
Тонкая стенка. Приведенные на рисунке (Рисунок 1) модели идентичны друг другу (с математической точки зрения):
Рисунок 1. Эквивалентные блоки канала со стенкой и трубы на схеме
У блока Канал необходимо задать диаметр
проходного сечения (Dg, для круглой трубы это то же самое что и Ду, внутренний
диаметр трубы) и толщину стенки блока тонкой стенки; у блока "Труба" необходимо задать
внешний диаметр D трубы, и толщину стенки s непосредственно в самом блоке.
Схема модели блока "Труба" представлена на рисунке (Рисунок 2).
Рисунок 2. Схема модели трубы с количеством элементов N = 3
Все элементы модели блока "Труба" имеют одинаковый диаметр и одинаковую толщину
стенки поэтому свойства D и s у данного блока скалярные (в отличие от, например,
свойства Dg канала). Проходное сечение всегда круглое, длину каждого участка можно
задавать произвольную.
Совместимые блоки
Блок "Труба" может быть соединен с другими блоками посредством гидравлических и
тепловых связей.
Соединение блока "Труба" с помощью гидравлических связей возможно со следующими
блоками:
В качестве дополнительных элементов на блок "Труба" могут быть установлены следующие
блоки (при этом блок "Труба" будет родительским, а дополнительно установленные блоки
– дочерними):
Количество контрольных объемов по длине трубы, шт. Минимум 1, максимум неограничен. Значение по умолчанию: 1
Наружный диаметр трубы, м
D
Наружный диаметр элементов трубопровода (контрольных объемов). Модель блока подразумевает, что все элементы трубы имеют круглую форму проходного сечения постоянного размера по всей длине трубы. Значение по умолчанию: 0.012
Толщина стенки трубы, м
s
Толщина стенки трубопровода. Значение по умолчанию: 0.001
Длины элементов, м
L
Массив длин контрольных объемов трубы. Должен иметь размерность N. Значение по умолчанию: 1
Приращение высоты, м
Dz
Массив приращений по вертикальной координате z для каждого из контрольных объемов канала. Должен иметь размерность N. Подробнее: Высотные отметки. Значение по умолчанию: 0
Материал стенки
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), четвертый - удельная теплоемкость материала стенки, Дж/(кг·К). Для добавления нового материала необходимо создать свой файл и расположить в директории SimInTech в папке "SimInTech\bin\DataBase\HS\MATERIALS". Значение по умолчанию: СтЭП823
Модуль упругости первого рода материала стенки, Па
E
По значению модуля упругости материала E и коэффициента Пуассона mu рассчитывается характеристика жесткости 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 "Учитывать жесткость стенок каналов и узлов dS/dP". Значение по умолчанию: 2E11
Коэффициент Пуассона материала стенки
mu
По значению модуля упругости материала E и коэффициента Пуассона mu рассчитывается характеристика жесткости 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 "Учитывать жесткость стенок каналов и узлов dS/dP". Значение по умолчанию: 0.3
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. Значение по умолчанию: [0.5, 0.5]
Обратное местное сопротивление
KsiRev
Должен иметь размерность N+1. Аналогично KsiDir, но в обратном направлении, при G(t) < 0. Значение по умолчанию: [0.5, 0.5]
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:
Подробную информацию про замыкающие соотношения для различных теплоносителей и геометрий, реализованных в коде HS, можно найти в каталоге SimInTech\source\HS_Coolant_libs.
. Значение по умолчанию: 1E-5
Коэффициент интенсификации теплообмена
kAlfa
Массив поправочных коэффициентов для уравнений теплообмена с тонкой стенкой трубы. Должен иметь размерность N в соответствии с числом уравнений теплообмена, которые решаются для данного 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, коэффициентом 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. Значение по умолчанию: 1
Коэффициент интенсификации сопротивления
kKsi
Должен иметь размерность N+1. Действие коэффициента аналогично kAlfa, только коэффициент оказывает воздействие не на коэффициент теплоотдачи, а на коэффициент распределенного трения для каждой из границ между контрольными объемами, вычисляемый в коде HS для круглой геометрии и выбранного теплоносителя. Значение по умолчанию: [1, 1]
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. Значение по умолчанию: 0
Признак расчета конвективного члена в уравнении движения. Значение по умолчанию: Да
Начальные условия: задание начальных
условий
Начальные условия
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
. Значение по умолчанию: Нет
Начальное давление, Па
P0
Массив начальных давлений элементов трубы. Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = "Да". Значение по умолчанию: 100000
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". Значение по умолчанию: 120000
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". Значение по умолчанию: 20
Определяющее свойство
DefineParam
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. Значение по умолчанию: Температура
Начальная концентрация пассивных примесей, кг/кг
C_passive_tracer_0
Матрица начальных концентраций пассивных примесей элементов трубы. Должна иметь количество строк N. Свойство имеет смысл только при задании SetInitDistrib = "Да". Значение по умолчанию: []
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". Значение по умолчанию: 0
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. Значение по умолчанию: 20
Теплообмен с окружающей средой: задание
параметров теплообмена с окружающей средой
Температура окружающей среды, °С
T_air
Массив температур окружающей среды. Должен иметь размерность N. Значение по умолчанию: 20
Коэффициент теплоотдачи к окружающей среде, Вт/м²
Alf_air
Массив коэффициентов теплоотдачи к окружающей среде. Должен иметь размерность N. Значение по умолчанию: 0
Параметры
Примечание:
Параметры, имеющие размерность N, являются массивами и относятся к элементам
(ячейкам) трубы. Параметры, имеющие размерность N+1 - также массивы, относятся к
границам элементов трубы.
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)
Вычисленный коэффициент теплоотдачи от
теплоносителя к стенке для каждого элемента трубы, с учетом текущей скорости
течения, типа и параметров теплоносителя. Размерность N
Режим теплообмена, в соответствии с которым
вычисляются _Alfa1 и _Alfa2. Размерность N. Для теплоносителя
типа "Вода" возможны следующие режимы течения:
0 - конвекция смеси неконденсирующийся газ - пар - жидкость;
1 - конвекция при сверхкритическом давлении;
2 - конвекция однофазной жидкости при докритическом давлении;
Рассогласование между _m1 и _m2 (при
корректном расчете и сходимости рассогласование должно быть близко к нулю).
Размерность N. Используется для отладки
Рассогласование между _h1 и _h2 (при
корректном расчете и сходимости рассогласование должно быть близко к нулю).
Размерность N. Используется для отладки
