冷凝器蒸发器(2P-MA)年代p一个n>
模拟湿空气网络和相变网络之间的热交换
- 库:年代trong>
Simscape /流体/流体网络接口/热交换器
描述
的<年代p一个ncl一个年代年代="block">冷凝器蒸发器(2P-MA)年代p一个n>Block模拟了一个带有湿空气网络的热交换器,该网络在端口之间流动<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A2年代trong>而且<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>,以及一个两相流体网络,在端口之间流动<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>而且<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>.热交换器可以作为冷凝器或蒸发器。流体流可以平行排列、反向排列或横流排列。
制冷应用的热交换器年代trong>
您可以将湿空气一侧建模为管内流动、两相流体管道周围流动或通过经验的通用参数化。湿空气侧包括在整个热交换循环中可能凝结的空气、微量气体和水蒸气。块模型解释了从空气到液态水凝结层的能量传递。这一液体层不会聚集在传热表面上,并被假设完全从下游的湿气流中去除。水汽凝结率作为物理信号返回端口<年代trongcl一个年代年代="guilabel">W年代trong>.
该砌块使用效率- ntu (E-NTU)方法来模拟通过共享墙的传热。换热器壁面上的污垢增加了热阻,减少了两种流体之间的热交换,也建立了模型。您还可以选择在湿空气和两相流体两侧建立翅片模型。由于交换器两侧的粘性摩擦造成的压力损失可以通过分析或通用参数化来建模,您可以使用它来调整您自己的数据。
可以将两相流体一侧建模为管内或一组管内的流动。两相流体管使用边界跟随模型在三个区域跟踪过冷液体(L)、汽液混合物(M)和过热蒸汽(V)。一个区域在系统中占用的相对空间量称为a<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">区长分数在系统内。
两相流体管道中的区长分数年代trong> 两相流体管段长度分数之和等于 热交换器的有效性取决于所选的热交换器配置、每个相的流体性质、换热器每一侧的管的几何形状和流动配置,以及翅片的使用和尺寸。
的<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>参数指定两侧之间的相对流动路径:
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为 未混合的流动沿第二流体的流动路径和垂直于第二流体的流动路径的温度变化。
横流配置样例年代trong>
注意,模拟过程中的流动方向不会影响所选的流动安排设置。块上的端口不能反映物理换热系统中端口的物理位置。
所有的流动安排都是单通道,这意味着流体不会在交换器中进行多次旋转以获得额外的传热点。为了模拟多通道热交换器,您可以将多个冷凝器蒸发器(2P-MA)块串联或并联。
例如,要实现两相流体侧的双通道配置和湿空气侧的单通道配置,可以将两相流体侧串联,并将湿空气侧并联到相同的输入(例如两个质量流量源块,总质量流量的一半),如下图所示。
的<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>参数将湿空气流动设置为管内或管内组内,或垂直于管组。您还可以指定一个经验的、通用的配置。两相流体总是在一个或一组管中流动。
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>设置为
热交换器配置为无翅片时<年代trongcl一个年代年代="guilabel">总翅片表面积年代trong>参数设置为 计算每个流体相的传热速率。根据换热器两相流体侧出现的三个流体区,分三个段计算换热速率。
区域内传热计算公式为:
地点:
C最小值年代ub>是该区域内两种流体热容率中较小者。热容率是流体比热的乘积, T, 2 p年代ub>为两相流体的区入口温度。 T,马年代ub>为湿空气的区域入口温度。 ε是换热器的效率。 效率是热容率和传递单元数量的函数,
地点:
z是单个区域长度分数。 R是两种流动之间的总热阻,由于对流,传导,以及管壁上的任何污垢:
地点:
U为各流体的对流换热系数。文中对该系数进行了更详细的讨论<一个href="//www.tatmou.com/help/physmod/hydro/ref/condenserevaporator2pma.html" class="intrnllnk">两相流体相关性一个>而且<一个href="//www.tatmou.com/help/physmod/hydro/ref/condenserevaporator2pma.html" class="intrnllnk">湿空气相关性一个>. F是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">污垢系数年代trong>分别在两相流体侧或湿空气侧。 RW年代ub>是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">通过传热表面的热阻年代trong>. 一个Th年代ub>为换热器各自侧的传热表面积。
在哪里 流体之间的总传热速率为过冷液体在三个区域中传递的热量之和(
热交换器的效率根据其流动结构和每种流体的混合情况而有所不同。下面是计算每个配置在液体和蒸汽区的有效性的公式。效果是<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
混合物区的所有构型。
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为
当一种流体混合而另一种流体未混合时,效率方程取决于流体的相对热容率。当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流程安排年代trong>设置为 当流体与C<年代ub>马克斯年代ub>与C<年代ub>最小值年代ub>是纯粹的:
当流体与C<年代ub>最小值年代ub>与C<年代ub>马克斯年代ub>是纯粹的:
CR年代ub>表示两种流体的热容率之比:
在湿空气一侧,传热面上可能形成一层冷凝。该液体层可以影响湿空气和两相流体之间的传热量。给出了E-NTU的传热方程<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">干传热。为了校正冷凝的影响,用下面列出的湿参数附加计算E-NTU方程。在每个区域[1]的热量计算中,两种计算的热流率中任何一种导致更大数量的湿空气侧冷却。为了使用这种方法,假定刘易斯数接近1[1],这对于潮湿的空气是正确的。
用于传热率计算的E-NTU量年代trong> 地点:
T<年代ub>,马年代ub>为湿空气区入口温度。 T<年代ub>世行,马年代ub>潮湿空气与湿球温度有关吗
为干空气质量流量。
是单位质量干空气的湿空气热容。
是等效热容。的<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">等效热容是湿空气比焓的变化(每单位干空气),<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
,相对于饱和潮湿空气条件下的温度:
冷凝水汽离开湿空气质量流的质量流量取决于湿空气入口与通道壁和换热器ntu之间的相对湿度:
地点:
W墙,马年代ub>为传热面上的湿度比。 W,马年代ub>为湿气流入口处的湿度比。 南大妈年代ub>为湿空气侧输送单元数,计算公式为:
与水蒸气凝结有关的能量流是基于蒸汽比焓、
假定冷凝液不积聚在传热面上,且不影响管径等几何参数。冷凝水被认为完全从下游的湿气流中除去。
对流换热系数根据流体的努塞尔数而变化:
地点:
ν为区域平均努塞尔数,它取决于流态。 k是流体相热导率。 DHgydF4y2Ba为管的水力直径。 对于过冷液体或过热蒸汽区的湍流流动,Nusselt数用Gnielinski相关计算:
地点:
再保险为流体雷诺数。 公关为流动普朗特数。 对于液-气混合区的湍流流动,采用Cavallini-Zecchin相关性计算努塞尔数:
地点:
再保险SL年代ub>为饱和液体的雷诺数。 公关SL年代ub>为饱和液体的普朗特数。 ρSL年代ub>是饱和液体的密度。 ρSV年代ub>是饱和蒸汽的密度。 一个= 0.05, 对于层流,努塞尔数由<年代trongcl一个年代年代="guilabel">层流努塞尔数年代trong>参数。
对于过渡流,努塞尔数是层流和湍流努塞尔数的混合。
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">传热系数模型年代trong>参数设置为
在哪里 用卡瓦里尼-泽钦方程计算了液-气混合区的努塞尔数,变量指定在<年代trongcl一个年代年代="guilabel">混合区a*Re^b*Pr^c的系数[a, b, c]年代trong>参数。
由于粘性摩擦造成的压力损失取决于流动状态和结构。计算使用总密度,即总两相流体质量除以总两相流体体积。
对于湍流流动,当雷诺数高于<年代trongcl一个年代年代="guilabel">湍流流动下雷诺数极限年代trong>时,摩擦造成的压力损失用达西摩擦因子计算。端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>内部节点I1为:
地点:
A1年代ub>通过端口的总流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>. 成品ydF4y2BaD,一个年代ub>根据Haaland相关性,为达西摩擦因子:
在哪里 l是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">每根管子的总长度年代trong>在两相流体这边。 l添加年代ub>两相流体是一边的吗<年代trongcl一个年代年代="guilabel">局部电阻的聚合等效长度年代trong>,这是一根管子的等效长度,它引入的损耗量与管子中其他局部电阻造成的损耗之和相同。 一个CS年代ub>为管的横截面积。 端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>内部节点I1为:
在哪里<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
B1年代ub>通过端口的总流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>.
左舷达西摩擦系数<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>是:
对于层流,当雷诺数低于<年代trongcl一个年代年代="guilabel">层流上雷诺数极限年代trong>时,摩擦造成的压力损失以<年代trongcl一个年代年代="guilabel">达西摩擦系数为层流摩擦常数年代trong>,
其中μ为两相流体动力粘度。端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>内部节点I1为:
对于过渡流动,由于粘性摩擦造成的压差是层流和湍流压力损失值之间的平滑混合。
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">压力损失模型年代trong>设置为 端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>内部节点I1为:
端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>内部节点I1为:
当潮湿的空气<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>设置为 当潮湿的空气<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>设置为
地点:
D是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">管外径年代trong>. ll年代ub>是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">纵管节距(沿流向)年代trong>,管内中心沿流动方向的距离。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">流方向指的是湿气流。 lT年代ub>是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">横管节距(与流动方向垂直)年代trong>,如下图所示。横向节距是一排两相流体管中心之间的距离。 lD年代ub>对角线管间距,计算为<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
有关计算哈根数的更多信息,请参见<一个href="//www.tatmou.com/help/physmod/hydro/ref/condenserevaporator2pma.html" class="intrnllnk">[6]一个>.
纵向和横向间距是相同的两种网格银行安排类型。
用节距测量的两相流体油管截面年代trong>
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">传热系数模型年代trong>设置为
在哪里 当潮湿的空气<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>设置为 当潮湿的空气<年代trongcl一个年代年代="guilabel">流几何年代trong>设置为
地点:
μ妈年代ub>为流体动力粘度。 NR年代ub>是<年代trongcl一个年代年代="guilabel">沿流动方向的管排数年代trong>.这是沿湿空气流动方向的两相流体管排数。 端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>内部节点I2为:
当<年代trongcl一个年代年代="guilabel">压力损失模型年代trong>设置为
在哪里 端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A2年代trong>内部节点I2为:
端口之间的压差<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>内部节点I2为:
两相流体的总质量积累速率定义为:
地点:
米<年代ub>2 p年代ub>为两相流体的总质量。
A1年代ub>流体在港口的质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>.
B1年代ub>流体在港口的质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>. 当流通过端口流入块时,流是正的。
能量守恒方程将比能的变化与流体的传热联系起来:
地点:
u2 p年代ub>是两相流体的比内能。 φA1年代ub>港口的能量流率是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A1年代trong>. φB1年代ub>港口的能量流率是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B1年代trong>. 问为换热速率,当离开两相流体体积时,换热速率为正。 湿空气方面有三个质量守恒方程:一个是湿空气混合物的方程,一个是冷凝水蒸气的方程,一个是微量气体的方程。
请注意年代trong> 如果<年代trongcl一个年代年代="guilabel">微量气体模型年代trong>设置为 湿空气混合物质量积累速率表示整个湿空气质量流量通过交换器端口和冷凝质量流量的变化:
水蒸气质量守恒方程考虑了水汽通过湿空气侧和凝结的形成:
地点:
xw年代ub>是蒸汽的质量分数。<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
是这个分数的变化率。
港口的水汽质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A2年代trong>.
港口的水汽质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>.
是凝结的速率。 微量气体质量平衡为:
地点:
xg年代ub>是微量气体的质量分数。<年代p一个ncl一个年代年代="inlineequation">
是这个分数的变化率。
微量气体在港口的质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A2年代trong>.
微量气体在港口的质量流量是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>. 湿空气方面的能量守恒是由于热传递和水汽从湿空气团中冷凝而产生的比内能的变化:
地点:
ϕA2年代ub>港口的能量流率是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">A2年代trong>. ϕB2年代ub>港口的能量流率是多少<年代trongcl一个年代年代="guilabel">B2年代trong>. ϕ气孔导度年代ub>是凝结产生的能量流速率。 从潮湿空气中或从潮湿空气中传递的热量,换热器配置
平行流表明流体的运动方向相同。
逆流表明流体在平行运动,但方向相反。
横向流表示流体相互垂直运动。
效率-南洋理工大学传热
冷凝
干燥的计算
湿法计算
湿空气区入口温度
T<年代ub>,马年代ub>
T<年代ub>世行,马年代ub>
热容率
换热系数
U<年代ub>妈年代ub>
两相流体相关性
湿空气相关性
守恒方程
港口
保护
输出
参数
参考文献
[1]<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">2013 ASHRAE手册-基础。美国采暖、制冷和空调工程师协会,公司,2013。
[2]布劳恩,J. E.克莱因,J. W.米切尔。冷却塔和冷却盘管的有效性模型<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">陈汇95年,没有。2,(1989年6月):164-174。
[3] Çengel,尤努斯A。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">热与传质:一种实用的方法.McGraw-Hill, 2007年,第三版。
[4]丁X,埃佩J. p .,勒布伦J.,瓦萨兹M.。“冷却盘管模型用于瞬态和/或湿状态。理论分析与实验验证第三届建筑系统模拟国际会议论文集 (1990): 405 - 411。
[5]米切尔,约翰W.和詹姆斯E.布劳恩。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">《建筑物供暖、通风和空调原理》.威利,2013年。
[6]沙阿,R. K.和杜斯坦P.塞库利奇。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">热交换器设计基础.约翰·威利父子出版社,2003年出版。
[7]怀特,弗兰克M。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">流体力学.第6版,麦格劳-希尔,2009年。
[1]<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">2013 ASHRAE手册-基础。美国采暖、制冷和空调工程师协会,公司,2013。
[2]布劳恩,J. E.克莱因,J. W.米切尔。冷却塔和冷却盘管的有效性模型<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">陈汇95年,没有。2,(1989年6月):164-174。
[3] Çengel,尤努斯A。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">热与传质:一种实用的方法.McGraw-Hill, 2007年,第三版。
[4]丁X,埃佩J. p .,勒布伦J.,瓦萨兹M.。“冷却盘管模型用于瞬态和/或湿状态。理论分析与实验验证
[5]米切尔,约翰W.和詹姆斯E.布劳恩。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">《建筑物供暖、通风和空调原理》.威利,2013年。
[6]沙阿,R. K.和杜斯坦P.塞库利奇。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">热交换器设计基础.约翰·威利父子出版社,2003年出版。
[7]怀特,弗兰克M。<年代p一个ncl一个年代年代="emphasis">流体力学.第6版,麦格劳-希尔,2009年。
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版本历史
另请参阅
恒温膨胀阀(2P)年代p一个n>|<年代p一个n我te米年代cope我te米type="//www.tatmou.com/help/schema/MathWorksDocPage/SeeAlso" itemprop="seealso">冷凝器蒸发器(TL-2P)年代p一个n>|<年代p一个n我te米年代cope我te米type="//www.tatmou.com/help/schema/MathWorksDocPage/SeeAlso" itemprop="seealso">热交换器(TL-MA)年代p一个n>|<年代p一个n我te米年代cope我te米type="//www.tatmou.com/help/schema/MathWorksDocPage/SeeAlso" itemprop="seealso">热传导年代p一个n>|<年代p一个n我te米年代cope我te米type="//www.tatmou.com/help/schema/MathWorksDocPage/SeeAlso" itemprop="seealso">热交换器(G-TL)年代p一个n>|<年代p一个n我te米年代cope我te米type="//www.tatmou.com/help/schema/MathWorksDocPage/SeeAlso" itemprop="seealso">热交换器(TL-TL)年代p一个n>