HS – Газовый компенсатор давления





Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая модель, Сопутствующие материалы
палитра схема

Описание

Блок представляет собой модель герметичного (закрытого) бака, заполненного неконденсирующимся и нерастворяющимся в теплоносителе инертным газом. Газ заполняет весь свободный объём 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 задаётся начальное давление газа и начальный уровень теплоносителя. В процессе расчёта 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 HS – Узел компенсатора), посредством которых бак подсоединяется к гидравлическим контурам (к каналам и трубам). Свойство блока HS – Узел компенсатора Тип подключения (для газового компенсатора) определяет, к какому контуру подключён узел бака (жидкостному или газовому). При этом на расчётной схеме по умолчанию узлы, относящиеся к газовому контуру, окрашены в жёлтый цвет.

Математическая модель бака представляет собой модель типа "камера смешения". Расчёт жидкостного и газового объёмов осуществляется в сосредоточенных параметрах.

Физический объект, соответствующий блоку: герметичный бак (с закрытым верхом) со свободным уровнем теплоносителя, заполненный заданным инертным газом над уровнем теплоносителя.

Свойство Тип геометрии бака задаёт способ вычисления текущего уровня теплоносителя в баке в зависимости от объёма теплоносителя и объёма бака. Свойство Зависимость уровня (м) от объёма жидкости (м³) L=f(V) характеризует профиль бака по высоте для произвольного типа геометрии. В остальных случаях профиль бака по высоте определяется свойством Внутренний диаметр, м.

Бак может иметь подключение к тепловым структурам (стенкам бака или трубным пучкам). Для этого в свойствах блока необходимо установить количестиво подключаемых тепловых структур и на схеме связать нужные объекты тепловыми связями. При работе с цилиндрическими стенками бака предполагается, что ось симметрии стенки совпадает с осью симметрии бака. Трубные пучки, связанные с баком, в свою очередь, могут иметь как горизонтальное, так и вертикальное расположение.

Рисунок: Пример подключения бака к двум гидравлическим контурам (жидкостному и газовому) и тепловой структуре



Порты наверх ↑

  • HEAT1PORT - тепловой порт для подключения совместимых блоков
  • HEATPORT_BUNDLE - тепловой порт для подключения совместимых блоков

При помощи свойства Количество тепловых портов (Nheatport_wall) возможно задание произвольного количества тепловых связей для подключения цилиндрических стенок бака.

При помощи свойства Количество тепловых портов (Nheatport_tube_bundle) возможно задание произвольного количества тепловых связей для подключения трубных пучков.

Свойства наверх ↑

Название Имя Описание Способ расчёта
Объём бака, м³ V   Константа
Минимальный ("Мёртвый") объём газа в баке, м³ Vmin_g Минимально возможный объём газа в баке Константа
Высотная отметка днища, м Z   Переменная
Тип геометрии бака Geom Характеризует профиль бака по высоте Константа
Внутренний диаметр, м D   Константа
Зависимость уровня (м) от объёма жидкости (м³) L=f(V) Larr Двумерный массив формата: [[объёмы];[высоты]] Константа
Определяющее свойство, по которому вычислять начальную энтальпию DefineParam   Константа
Начальное давление газа, Па P   Константа
Начальная энтальпия жидкости, Дж/кг H0 Используется в случае выбора в качестве определяющего свойства энтальпии Константа
Начальная температура жидкости, °С T0 Используется в случае выбора в качестве определяющего свойства температуры Константа
Начальная энтальпия газа, Дж/кг H0_g Используется в случае выбора в качестве определяющего свойства энтальпии Константа
Начальная температура газа, °С T0_g Используется в случае выбора в качестве определяющего свойства температуры Константа
Начальный объём жидкости, м³ V0 Начальный объём теплоносителя в баке Константа
Количество тепловых портов Nheatport_wall Количество тепловых портов для подключения цилиндрических стенок бака Константа
Количество элементов разбиения Nh Количество элементов разбиения стенки со стороны бака Константа
Длины элементов разбиения, м deltaH Длины элементов разбиения стенки со стороны бака Константа
Ручное задание коэф. теплоотдачи f_alfa_wall Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи со стенками бака Константа
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) Переменная
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) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем k_alfa_g_wall Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем k_alfa_f_wall Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Количество тепловых портов Nheatport_tube_bundle Количество тепловых портов для подключения трубных пучков Константа
Нижняя высотная отметка (относительно днища бака), м Z_bot_tube_bundle Высотные отметки низа трубных пучков относительно днища бака Константа
Верхняя высотная отметка (относительно днища бака), м Z_top_tube_bundle Высотные отметки верха трубных пучков относительно днища бака Константа
Тип пучка (0-горизонтальный, 1-вертикальный) f_vert   Константа
Ручное задание коэф. теплоотдачи f_alfa_tb Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками Константа
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) Переменная
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) Переменная
Определяющий размер трубного пучка (для теплообмена), м de_tube_bundle Участвует в расчёте коэффициента теплоотдачи с трубным пучком (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Константа
Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем k_alfa_g_tb Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем k_alfa_f_tb Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Постоянная времени сглаживания коэф. теплоотдачи, c t_alfa Постоянная времени, предназначенная для сглаживания резких изменений коэффициентов теплоотадчи Переменная
Коэф. теплоотдачи между жидкостью и газом, Вт/(м²·К) alfa_fg   Переменная
Концентрация пассивных примесей в жидкости начальная, кг/кг C_passive_tracer_0   Константа
Концентрация пассивных примесей в газе начальная, кг/кг C_passive_tracer_0_g   Константа
Объёмный источник пассивной примеси в жидкости, кг/(м³·с) Cv_source   Переменная
Объёмный источник пассивной примеси в газе, кг/(м³·с) Cv_source_g   Переменная

Параметры наверх ↑

Название Имя Описание
Давление жидкости, Па _P  
Энтальпия жидкости, Дж/кг _H  
Температура жидкости, °С _T  
Плотность жидкости, кг/м³ _Rho  
Масса жидкости, кг _M  
Объём жидкости, м³ _Volume  
Уровень жидкости, м _Level  
Производная плотности жидкости по времени, кг/(м³·с) _dro_dt  
Давление газа, Па _P_gas  
Энтальпия газа, Дж/кг _H_gas  
Температура газа, °С _T_gas  
Плотность газа, кг/м³ _Rho_gas  
Масса газа, кг _M_gas  
Объём газа, м³ _Volume_gas  
Сумма входящих расходов жидкости, кг/с _sum_g_in  
Сумма выходящих расходов жидкости, кг/с _sum_g_out  
Сумма входящих расходов газа, кг/с _sum_g_in_gas  
Сумма выходящих расходов газа, кг/с _sum_g_out_gas  
Мощность от трубных пучков, Вт _Q_tb  
Мощность от стенок, Вт _Q_wall  
Мощность от ТЭН, Вт _Q_ten  
Суммарная мощность от теплообмена, Вт _Q_sum  
Тепловая мощность, передаваемая от жидкости к газу, Вт _Q_fg  
Работа, совершаемая жидкостью над газом, Вт _A_fg  
Концентрация пассивных примесей в жидкости, кг/кг _c_passive_tracer  
Концентрация пассивных примесей в газе, кг/кг _c_passive_tracer_gas  
Шаг интегрирования _step  

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи тепловых связей блок может соединяться со следующими блоками:

Соединение блока с другими элементами гидравлической схемы происходит с помощью блока HS – Узел компенсатора.

В качестве дочерних элементов на блок могут быть установлены следующие блоки библиотеки:

Математическая модель наверх ↑

В процессе моделирования на каждом расчётном шаге решаются следующие уравнения:

где VG – объём газа [м³];

vF – удельный объём жидкости [м³/кг];

vG – удельный объём газа [м³/кг];

ρF – плотность жидкости [кг/м³];

ΣGinF – сумма входящих в бак расходов жидкости [кг/с];

ΣGouF – сумма выходящих из бака расходов жидкости [кг/с];

ΣGinG – сумма входящих в бак расходов газа [кг/с];

ΣGouG – сумма выходящих из бака расходов газа [кг/с];

ΣGHinF – расход входящей с жидкостью в бак энергии [Вт];

ΣGHinG – расход входящей с газом 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];

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];

QFG – тепловой поток от жидкости к газу [Вт];

αFG – коэффициент теплоотдачи между жидкостью и газом [Вт/(м²·K)];

F – площадь зеркала жидкости на границе раздела областей [м²];

TF – температура жидкости [K];

TG – температура газа [K];

AFG – работа, совершаемая жидкостью над газом [Вт];

RG – универсальная газовая постоянная [Дж/(моль·К)];

MMG – молярная масса газа [кг/моль];

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 ("мёртвый") объём газа в баке [м³];

CF – концентрация i-ой пассивной примеси в объёме жидкости [кг/кг];

ΣGCinF – расход входящей с жидкостью в бак i-ой примеси [кг/с];

CvF – источник i-ой примеси в объёме жидкости [кг/(м³·с)];

CG – концентрация i-ой пассивной примеси в объёме газа [кг/кг];

ΣGCinG – расход входящей с газом в бак i-ой примеси [кг/с];

CvG – источник i-ой примеси в объёме газа [кг/(м³·с)];

λ – постоянная распада i-ой примеси [1/с].

Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенкам и трубным пучкам рассчитываются для случая естественной конвекции в соответствии с [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 объёмного теплового расширения [1/K];

Tw – температура поверхности теплообмена [°C];

T – температура теплоносителя [°C];

Pr – число Прандтля теплоносителя [-];

λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя [Вт/(м·K)].

Сопутствующие материалы наверх ↑

  1. П.Л.Кириллов, Ю.С.Юрьев, В.П.Бобков "Справочник по теплогидравлическим расчётам (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы)". - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 360 с.