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):
Рис. 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).
Рис. 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):
Наружный диаметр элементов трубопровода
(контрольных объемов). Модель блока подразумевает, что все элементы трубы имеют
круглую форму проходного сечения постоянного размера по всей длине трубы
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"
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"
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"
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
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.:
Подробную информацию про замыкающие соотношения для различных
теплоносителей и геометрий, реализованных в коде HS, можно найти в каталоге
SimInTech\source\HS_Coolant_libs.
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
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
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
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
Массив начальных энтальпий элементов трубы. Должен
иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании
SetInitDistrib = "Да", а также DefineParam =
"Энтальпия"
Массив начальных температур элементов трубы.
Должен иметь размерность N. Свойство имеет смысл только при задании
SetInitDistrib = "Да", а также DefineParam =
"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
Матрица начальных концентраций пассивных примесей
элементов трубы. Должна иметь количество строк N. Свойство имеет смысл только
при задании SetInitDistrib = "Да"
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"
Массив начальной температуры стенки трубы. Должен
иметь размерность N. Указанная температура будет присвоена элементам стенки в
момент инициализации схемы
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
