Как проверить тепловой баланс в теплообменнике?

[Rekord522 0]

Добрый день, уважаемые форумчане!

Вопрос вот в чем. Исследованию подлежит теплообменник воздух-воздух. При расчетах хочется проверить тепловой баланс. Чисто теоретически это означает, что количеству теплоты, отданному охлаждающей средой (G''*c''*(T₂''-T₁'')), должно соответствовать количество теплоты, полученное охлаждаемой средой (G'*c'*(T₂'-T₁')) минус потери в окружающую среду. G -  массовый расход, с - уд.теплоемкость, Т - температуры. Как это дело проверить? Более конкретно, я не знаю, как вытащить теплоемкость (она же должна меняться в зависимости от температуры), чтобы умножить ее на расход и разность температур на каждой итерации. И как это задать.

Может кто сталкивался? Буду рад любой помощи!

[MotorManiac 130]

Оно само теплоемкость считает, параметры теплоносителя-среды как бы известны.........

[Rekord522 0]

Теплоемкость задана в параметрах газа (кривой от температуры). То есть она по идее в каждой точке среды получается разная или это средний показатель всей среды в объеме? И как ее вытащить, чтобы она выводилась на экран в виде цифры или графика? Чтобы дальше ее использовать в формуле расчета теплового потока.

[soklakov 1 479]

Чтобы дальше ее использовать в формуле расчета теплового потока.

А зачем использовать в формуле? Нужен тепловой поток через поверхности? Так его и смотрите сразу.

[MotorManiac 130]

И как ее вытащить, чтобы она выводилась на экран в виде цифры или графика?

 

По-моему, никак. Задайте табулированное значение (из справочника), которое будет верно для данной температуры.

 

А зачем использовать в формуле? Нужен тепловой поток через поверхности? Так его и смотрите сразу.

 

Автор тепловой баланс хочет посчитать, сколько затекло и сколько вытекло тепла из системы, тепловой поток это немного не то.

[danzas 104]

Поддержу вопрос Rekord522.

Если количество тепла в однородном потоке теплоносителя на входе в теплообменник

можно посчитать и врукопашную, то как посчитать количество тепла в неоднородном

моделируемом потоке после теплообменника? Вопрос не праздный.

Коллеги, поделитесь опытом, плз.

Вообще-то, посмотрел в настройке Goals и для объемов и для поверхностей,

есть в дополнительных параметрах расчет Total Enthalphy.

Полагаю, это именно то, что нужно.

Подергать на модельной ячейке, попробовать .

[MotorManiac 130]

то как посчитать количество тепла в неоднородном моделируемом потоке после теплообменника?

 

От средней температуры по сечению на выходе, массовый расход знаем, теплоемкость знаем.  Или смотрите в новых версиях, может доп. команды появились какие-нибудь, которые сами все умеют это делать.

[soklakov 1 479]

Автор тепловой баланс хочет посчитать, сколько затекло и сколько вытекло тепла из системы, тепловой поток это немного не то.

То есть тепловой поток через границу - это не количество тепла в единицу времени, проходящее через эту границу?

[MotorManiac 130]

То есть тепловой поток через границу - это не количество тепла в единицу времени, проходящее через эту границу?

 

Именно так но это не совсем тепловой баланс.

[soklakov 1 479]

Именно так но это не совсем тепловой баланс.

А посмотрев тепловые потоки по всем границам расчетной области мы не проверим тепловой баланс?

[MotorManiac 130]

А посмотрев тепловые потоки по всем границам расчетной области мы не проверим тепловой баланс?

 

Если по границам то можете не получить сходимость )

[MotorManiac 130]

В общем вы правы конечно, баланс это статьи прихода= статьям расхода, и не всегда расход идет на потери в окружающую среду, например он может идти на нагреваемый материал.

[Rekord522 0]

Делаю расчет теплового баланса следующим образом:

Имеются 2 среды, одна соответственно охлаждаемая, вторая охлаждающая. Принимаю обе как воздух.

Параметры охлаждаемой среды: на входе 325 гр.Ц, на выходе средняя 118 гр.Ц. Теплоемкость воздуха для 118 гр.Ц. равна 1015 Дж/(кг*К). Массовый расход 0,246 кг/сек. Считаю тепловую мощность на выходе 0,246*1015*(325-118). Получаю 51680 Вт (она же Дж/сек).

Параметры охлаждающей среды: на входе -25 гр.Ц., на выходе средняя +12 гр.Ц. Теплоемкость воздуха для 12 гр.Ц. равна 1006,5 Дж/(кг*К). Массовый расход 1,4495 кг/сек. Тепловая мощность на выходе 1,4495*1006,5*(12+25)=53980 Вт.

Таким образом, разница составляет 53980-51680=2300 Вт. Это составляет 4,3% от 53980. Можно ли сказать, что эта ошибка обусловлена потерями с поверхности теплообменника? Как посчитать эти потери в программе? И вообще правильно ли я считаю тепловой баланс? Может быть надо брать параметры на входе(теплоемкость при температуре среды на входе, или вообще какую-нибудь среднюю по объему)?

[MotorManiac 130]

Если потерь через стенки нету то можно так посчитать. Если есть потери то где уравнение для их нахождения ? Вы распишите полностью систему что и куда передается - по типу теплоноситель-стенка-теплопроводность-стенка-теплоноситель.

[kristeen 355]

 
2.7% вполне может быть из-за точности солвера на имеющейся сетке. Но, чтобы узнать все точнее, нужно смотреть среднюю температуру не по площади сечения, а среднюю по расходу через сечение.

 

Чтобы не было сложностей с изменением теплоемкости, создайте свой материал "воздух" с постоянным значением Cp. Отработайте задачу на нем.

[Rekord522 0]

Система представлена на рисунке. Горячий газ идет по горизонтальным каналам, холодный по вертикальным. Потери через стенки у меня по идее учитываются, по крайней мере соответствующую галочку при введении параметров задачи (Heat conduction in solids), я ставил. Стенки между средами, а также между средой и окружающим воздухом из нержавеющей стали.

Точность расчета стенки я ставил, как мне кажется, достаточную. Уровень 4, minimum gap size и wall thickness указал равными расстоянию между стенками в одном маленьком канальчике (по горизонтальным и вертикальным каналам они одинаковы). Characteristic number of cells a narrow channel - 2, narrow channels refinement level  - 3. То есть не знаю, есть ли смысл уменьшать еще размеры сетки. Так что подозреваю, что эти пресловутые 2,7% нестыковки наверняка связаны с потерями в окружающую среду. Вопрос, как их посчитать?

kristeen, не могли бы Вы скинуть сам файл, по которому считали? Это я так понимаю, Маткад. И как смотреть среднюю температуру не по площади сечения, а среднюю по расходу через сечение?

[kristeen 355]

могли бы Вы скинуть сам файл, по которому считали? Это я так понимаю, Маткад

 

Он самый. Вот файл (14 версия).

 

как смотреть среднюю температуру не по площади сечения, а среднюю по расходу через сечение?

 

Создать surface goal и там Temperature (Fluid) = Bulk Average. В пост-процессоре уже не помню как.

 

•  

• Unlike the Average value which considers only the surface area, the Bulk Average is a value averaged over the core of the flow through the surface, i.e. considering the mass flow rate as well.

  For example, you are interested in the temperature of an incompressible fluid flowing through a tube’s opening so the flow core is quite hot compared to the low velocity near-wall flow. Thus, most of the hot fluid is concentrated in the center of the flow. If you now calculate the Average value, the cool fluid cells near the wall will be accounted equally within the average value and if the total area of the near-wall cells (with low temperature) is considerable with respect to the opening area, the obtained average value will be lower than the value you could receive in reality, for instance from the experiment. If you take the Bulk Average value, the obtained temperature will be higher in this case since the cool near-wall cells with a lower mass flow rate has less influence than the much hotter with larger mass flow rate region near the core (free stream) of the flow.

 

Потери через стенки у меня по идее учитываются, по крайней мере соответствующую галочку при введении параметров задачи (Heat conduction in solids), я ставил

Это не потери в окруж. среду. Чтобы учесть потери, нужно либо задавать конвекцию на внешних стенках системы, либо моделировать воздух вокруг теплообменника.

[Rekord522 0]

Правильно ли я понимаю, что конвекция на внешних стенках, это - Boundary Condition -> выбираем внешние грани->Type: Outer Wall (и там задаю коэффициент теплопередачи и температуру окружающей среды)?

Или лучше вообще в главных настройках задачи это задать в Wall conditions->Default outer wall thermal condition. В таком случае там несколько способов задания условий для внешних стенок

 

Подскажите, пожалуйста, какое значение взять для этого коэффициента? Теплообменник находится в цеху, я думаю, движения воздуха там сильного нет.

[MotorManiac 130]

Или лучше вообще в главных настройках задачи это задать в Wall conditions->Default outer wall thermal condition. В таком случае там несколько способов задания условий для внешних стенок

 

Это по умолчанию, за исключение того что вы укажите.

[Killerchik 36]

Граждане, так же пытаюсь замоделировать ТО. SW FS 2014, на младших версиях всё более-менее получалось и даже сходилось)))))

Теплообменник-труба, оребрённая снаружи и внутри.

В принципе всё ок, за исключением того, что Солвер как бы не видит поток внутри трубы. Задал через входной расход и давление окружаущей среды. Солвер пишет в предупреждениях:

неразрешенное граничное условие имя условия: массовый расход на входе 2

неразрешенное граничное условие имя условия: давление окружающей среды 2

В чём может быть причина?