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simscape之Thermal Liquid之Pipe模块

狄信然
2023-12-01

        rt,热流体在help里的篇幅很少,对于pipe模块的说明不一定让人容易理解(甚至容易误解)。如果“拿来就用”很可能造成误用。

        说明文档里对pipe的解释主要是其中包含的质量平衡和热平衡。pipe考虑了进出口流量和流体压缩性之间的关系(可压缩性也可以关掉)。同时通过流动速度和和管壁参数、流体粘度计算了压降。第三是通过努塞尔特数计算了流体和管壁之间的换热系数。前两者都好理解,毕竟一看这就是个管子,有进口有出口剩下的simulink帮我们解决。

        问题是如何耦合热量进出才符合这个模块的初衷。这点要结合文档和源代码进行理解。文档里写了热流平衡是【H端口净流量=对流+热传导】,很容易让人理解为是根据流体温度来进行计算。但实际上pipe模块区分了管壁和管内流体的温度,管壁的温度与流体温度并不一致。管壁的温度并不由用户或H端口给出,而是根据传热平衡自动计算的。即如果H端口往管内传导Q的热量,那么管壁的温度将是【管壁与管内流体之间稳态传热量Q的时候,管壁所对应的温度】,而这个稳态传热量与管壁-流体温差的关系,是由流体的流动状态决定的。

        简单的例子,H端口净流入Q的热量,管壁-流体换热系数h,接触面积A,流体温度T1,则有Q=hA(T2-T1),根据这个式子可以算出管壁温度T2。如果流体和管壁之间换热条件很差(例如流速很慢),那么管壁温度就会很高,以满足Q的传热量。管壁的存在就是为了耦合【不同流动状态与换热系数的关系】,这样管内流体与环境之间的热交换会更接近实际。

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