EBSILON®Professional Online Documentation
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管道连接 |
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1 |
流体进口 |
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2 |
流体进口 |
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3 |
从流体到存储介质的热量抽取 |
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该组件提供了快速访问 Ebsilon 中非稳态过程的可能。尽管原则上 Ebsilon 只限于稳态解，因为组件方程不包含时间依赖性，Ebsilon 因此解决了一个稳态方程系统，但这个组件可以通过添加相应的源和汇项来实现非稳态过程的映射，例如
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组件"间接存储"分别计算了材料与流经或围绕它的流体的非稳态热交换。为此，流体流经的结构由相同质量、换热器表面和材料特性的管道模型表示。流动类型和实际结构的几何形状对传热的影响是通过管道内传热面的传热系数 α 来考虑的。以管道形式建模的好处是，大量的技术应用可以转化为管道中的传热理论。管道几何形状的另一个优点是循环对称的温度分布和传热，
因此，温度场的计算被简化为沿流动方向的横截面。
根据温度场的初始状态，组件 119 计算出在规定时间内由于决定系数的变化而导致的管道温度场的变化。决定系数由组件的规格值以及组件进口处的流体状态变量来定义。该组件必须与时间序列计算结合使用，在时间序列计算中定义了计算周期，通过该计算可以改变定义时间点的决定系数。在时间序列计算的一个计算步骤中，模型的规格值和状态变量保持不变。
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FMODE |
标志：计算模式（设计/非设计） 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 全局 = 1: 本地非设计 |
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FINIT
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标志：初始化状态 =0: 全局，通过模型选项下的全局变量"瞬态模式"控制 =1: 第一次运行 -> 在计算稳态值时进行初始化 =2: 继续运行 -> 前一个时间步长的值被输入到现在的值中 |
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FINST
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标志：瞬态计算模式的确定 如父工况（子工况为可选项） 表达式 = 0: 根据时间序列表的非稳态解决方案 = 1: 总是稳态的解决方案 = 2: 非稳态解作为单一计算，时间 = TIMESING = 3: 非稳态解作为单一计算，使用模型选项的 TIMEMAX |
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FALGINST
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标志：瞬态计算算法的确定 = 1: Crank-Nicolson 算法 = 4: 数值和分析相结合的解法 |
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FSTO |
标志：存储器几何形状的定义 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 通过 LSTO, ASTO 和 MSTO =1: 通过 LSTO, DIAI 和 THSTO |
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LSTO |
存储器的流动长度 |
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DIAI |
存储管道的内径 |
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THSTO |
存储管道的厚度 |
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ASTO |
存储器的热交换区域 |
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MSTO |
存储器的质量 |
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FVFLUID |
在给定的流体密度下确定流体质量的流体体积 =0: 由 VFLUID 定义的流体体积 =1: 流体体积与管道所包围的体积相对应 |
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VFLUID |
标志：用于计算流体体积的开关 =0: 由规格 VFLUID 给定 =1: 从几何形状中得到 -> 圆形截面的管道几何形状 |
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FDATA
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标志：数据源和内插法 如父工况（子工况为可选项） 表达式 = 2: 从规格值 RHO / DRHO、LAM / DLAM、CP / DCP 中获得线性 = 3: 从特征线得出 |
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RHO |
TREF 处的存储密度，或者在 FDATA = 1 的情况下，密度为常数且与 TREF 无关 |
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DRHO |
每度的密度变化定义线性函数的梯度 FDATA = 2 |
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LAM |
TREF 处存储器的热传导率，或在 FDATA = 1 的情况下为常数，且与 TREF 无关 |
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DLAM |
每度导热率的变化定义线性函数的梯度 FDATA = 2 |
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CP |
TREF 处的存储比热容，或者在 FDATA = 1 的情况下，存储比热容为常数且与 TREF 无关 |
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DCP |
每度的比热容变化定义线性函数的梯度 FDATA = 2 |
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TREF |
当 FDATA = 2 时，RHO、LAM、CP 的参考温度 |
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THISO |
保温层的厚度 |
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LAMISO |
保温层的导热性能 |
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TAUADJ |
壁体时间常数的修正系数（仅简化物理模型） |
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LAMADJ |
1 / LAMBDA 的乘法系数--壁面导热阻力（仅简化物理模型） 设置 LAMADJ = 0 相当于忽略壁面导热阻力：要么壁厚度无限小，要么 LAMBDA 值无限高 设置 LAMADJ = 1 相当于用 LAMBDA 的原始值和壁厚来计算壁的导热性 LAMADJ < 1 会导致壁导热阻力下降 LAMADJ > 1 会导致壁导热阻力上升 |
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FSPECM |
标志：流体质量的处理 如父工况（子工况为可选项） 表达式 = 2: 考虑流体质量，出口等于进口质量流量 = 3: 考虑流体质量，出口与进口质量流量不同 = 4: 指定质量流量，计算压力 |
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FTTI |
标志：处理时间间隔内的温度 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 时间步骤结束时的实际温度 =1: 时间步骤间隔的平均温度 =2: 每个时间步骤的线性内插法 |
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FTSTEPS |
标志：指定（子）时间步骤 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =1: 通过规格值 TISPEP =2: 稳定理论时间增量的 0.2 =3: 稳定理论时间增量的 0.5 =4: 稳定理论时间增量的 1.0 =5: 稳定理论时间增量的 2.0 =6: 稳定理论时间增量的 5.0 |
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ISUBMAX |
初始化的最大时间子步骤数 |
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IERRMAX |
初始化步骤的最大允许误差 |
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TISTEP |
时间步骤 |
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NFLOW |
流动方向上 X 方向的点的数量（最大100）。当 FSPECM = 4 时，NX 被固定为 = 1 |
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NRAD |
径向的 Y 方向上的点的数量（最大30） |
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TIMESING |
当 FINST = 2 时单次计算的积分时间 |
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FFREQ
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标志：非稳态计算的频率 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =2: 每二个迭代步骤 =3: 每四个迭代步骤 =4: 每八个迭代步骤 |
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FSTART
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标志：起始温度的规格 =1: 来自规格值 TSTART =2: 来自稳态的解决方案 |
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TSTART |
FSTART = 1 时的起始温度 |
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TMIN |
储存温度的下限 |
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TMAX |
储存温度的上限 |
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FSTAMB
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储存温度的上限 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 定义规格值（TAMB） =1: 从上级模型中定义 |
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TAMB |
环境温度 |
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ISUN |
太阳参数的指数 |
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FALPHI
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标志：确定内部的 alpha 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 来自常数 ALPHI =1: 来自函数 EALPHI |
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ALPHI |
设计情况下 FALPHI = 0 的内部（壁面到流体）传热系数 alpha |
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EALPHI |
alpha 内部函数 |
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FALPHO |
标志：外部确定 alpha 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =1: 来自函数 EALPHO |
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ALPHO |
当 FALPHO = 0 时，外部传热系数（对环境） |
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EALPHO |
alpha 外部函数 |
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EX12 |
传热系数的指数 |
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FVOL |
标志: 部分负荷压降 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =1: 与质量流量和密度相关 =2: 常数（等于标称值） |
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DP12N |
压降（标称） |
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TAVSTART |
平均介质温度的起始值 |
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HAVSTART |
平均流体焓值的起始值 |
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PAVSTART |
平均流体压力的起始值 / 压力计算时的起始压力 |
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FDIR |
标志：管道方向 如父工况（子工况为可选项） 表达式 =0: 正常 =1: 逆转，流经管道中的流向逆转是通过数值网格的垂直镜像来实现的，而不改变进口和出口的连接方向。 |
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TIMETOT0 |
计算开始时的总时间（之前的时间步骤的总和） |
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M1N |
质量流量（标称） |
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V1N |
进口处的比容（标称值） |
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TM12N |
计算 alpha 的平均温度（标称） |
标记为蓝色的数值是非设计计算参考量。在所使用的公式中，实际的非设计值参考这些量。
一般来说，所有的输入需要可见。通常会提供默认值。
更多关于输入域的颜色和描述的信息，请参见编辑组件\规格值。
关于设计值与非设计值以及标称值的更多信息，请参见通用\接受标称值。
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TAVBEG |
时间步骤开始时存储器的平均热量温度 |
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TAVEND |
时间步数结束时存储器的平均热量温度 |
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T2BEG |
时间步骤开始时的出口温度 |
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T2END |
时间步骤结束时的出口温度 |
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RTAMB |
环境温度 |
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QSTO |
时间步骤中储存的热量，取决于模式 FSPECM =1: 只有管壁蓄热 FSPECM =2,3 ,4 管道质量和流体质量是热存储的一部分 |
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QAV |
通过存储器的平均热流 (QSTO/TIMEINT) |
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QEND |
时间步骤结束时通过存储器的热流 |
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QAVI |
从流体到存储器的平均热流 |
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QENDI |
时间步骤结束时从流体到存储器的热流 |
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QAVO |
从存储器到环境的平均热流 |
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QENDO |
在时间步骤结束时从存储器到环境的热流 |
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RALPHI |
计算出的流体-存储器的传热系数 |
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RALPHO |
计算出的存储器-环境的传热系数 |
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RASTO |
传热面积 |
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RMSTO |
存储器的质量（只有管壁，没有流体） |
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RDIAI |
管的内径 |
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RTHSTO |
存储管道的壁厚 |
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RDIAO |
管的外径 |
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RVFLUID |
存储器中的整体流体体积 |
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MFLUID |
存储器中的整体流体质量 |
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RHOFLAV |
平均流体密度 |
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PFLAV |
平均流体压力 |
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HFLAV |
平均流体热焓 |
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TFLAV |
平均流体温度 |
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BIOT |
比奥特数（Biot number） |
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FOUR |
傅里叶数（Fourier number） |
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TIMEINT |
当前时间步骤的积分时间 |
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TIMETOT |
计算结束时的总时间 |
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TIMESUB |
子时间步骤的时间间隔 |
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INSFRAC |
瞬态计算步骤的数量 |
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ISUB |
子时间步骤 |
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TISUBREC |
建议的时间间隔 |
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PREC |
精度指标 |
FSTO=0: 来自 LSTO、ASTO 和 MSTO 的几何形状
为了处理复杂的结构，存储或管道质量 MSTO，面向流体的管道一侧的热交换面积以及流动长度 LSTO 可以由用户设置。管控方程为：
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(1) |
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(2) |
其中 Dout 和 Din 是指外径和内径，RHO 代表管道/存储材料的密度。由此确定了管道的几何形状：
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(3) |
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(4) |
含有流体的体积是由管道的几何形状决定的：
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(5) |
或者可以选择 VSTO 的具体值，这在复杂结构的情况下显示出优势，因为它不依赖管道模型。这为许多建模应用提供了一个灵活的方法。
FSTO=1: 通过 LSTO、DIAI 和 THSTO
替代方案：可以通过定义以下参数来固定存储器的几何形状：
LSTO: 管道长度
DIAI: 管道的内径
THSTO: 管壁的厚度
对于一定温度的传导性：
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(6) |
并给定到邻接点的距离 dX 和 dY，通过解决存储中所有离散元素的微分方程来计算壁内温度 Θ 的分布：
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(7) |
简单化为两个维度，得到：
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(8) |
从初始状态开始，温度的变化总是由于热流通过壁和绝热表面而发生的（另见第3章）。
在 FALGINST = 1 的情况下（二维网格 Crank-Nicolson 算法），方程（8）被数值离散化并求解。X 方向（这里是流体的流动方向）的网格点数量可以由用户在默认值 NFLOW 中改变。Y 方向（这里是管壁的法线方向）的网格点数量可以由用户在默认值 NRAD 中改变。其结果是存储壁上的二维温度分布，可以在矩阵 MXTSTO、RXTSTO 中查看（见下文）。
对于 FALGINST = 2（使用组合分析和数值方法的模型），在壁面法线方向 Y 上只使用一个网格点。对于每个点都有一个平均温度被搜索到。流动方向上的导热性被忽略了。
时间步长 Dt 后的存储温度可以计算为
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(8.1) |
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(8.2) |
由于离散化元素内没有温度梯度发生，这种方法可以直接积分，得到方程（8.2）中所示的存储温度与时间步长的函数的解。带有指数"sto"的两个温度描述了时间间隔 Dt 之前和之后存储器的状况，这里 Tinf 描述了作为存储驱动力的稳态最终温度，t 是存储器时间常数 mc/kA。
壁和液体之间的热流取决于位置和时间，通过将对流 9a 和传导项 9b 联系起来进行数学描述：
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(9a) |
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(9b) |
其中 
代表面向流体的壁面区域的温度。
是介质的温度，
表示热流方向与流体的流动方向正交。外壁的热流将被等效计算。
壁上的热流引起了介质温度的变化，这也影响了整个一维网格的流体。为了保持模型的简单和节省 CPU 计算时间，正交于流动方向的梯度和流动动力也将被忽略掉。温度随时间变化的计算将根据每个体积元素的质量和能量平衡来完成。
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(10a) |
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(10b) |
流体元素的焓值由 
, 给出，带入到方程 10b，结果是：
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(11) |
这个方程的左边显示了存储在流体中的能量，而右边给出了从壁体通过边界产生的能量流。一个流体元素的质量由以下定义：
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(12) |
介质的所有属性计算都以 EBSILON 介质库为基础。
FSPECM=1：在连续流动 Min = Mout 条件下，流体质量与壁面质量相比可忽略不计，公式 11 的左边被设置为零，这就使下面的计算简化为：
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(13) |
FSPECM=2: 在连续流动 Min = Mout 的情况下，或零质量流量 Mfluid = 0 时，管道内的流体质量没有变化，但存储在流体中的能量是不可忽略的，在计算中要考虑到。就有必要将公式 11 改为如下：
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(14) |
例如：冷却管道中的静止热流体。
FSPECM=3: 管道内的液体质量是可变的，这可能是密度随压力和温度变化的结果。在假设管道体积不变的情况下，在进口和出口处会出现不同的质量流。为了定义时间序列开始时流体的热力学状态，可以使用规格值 TAVSTART、HAVSTART 和 PAVSTART。
例如：在压力下降后从容器中蒸发。
FSPECM=4: 进口和出口的质量流量需要被指定，而且不一定相等。因此，存储中的属性和流体质量是可以改变的。数值网格减少到流动方向的一个点（NX = 1），不同的输入将被忽略。流体的初始状态由 TAVSTART, HAVSTART 和 PAVSTART，这也是通过 m = r(p,H) V 关系来固定存储器中的流体质量。
热通量的计算是使用方程 11 结合开关 FSPEM 给出的设置完成的。在可忽略流体质量的情况下，两种流体的能量平衡显现如下：
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温度变化引起热流 Q0(t) 的存储质量仅由管道壁元素组成。流体通过以下公式与存储器进行热接触：
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(15) |
以同样的方式，对环境的热损失（蓝色箭头）进行计算，并传递给 QAVO 和 QENDO 的结果值。瞬态存储行为是通过求解所有温度变化的体积积分来实现的：
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(16) |
平衡所有的热流（根据公式2.13）提供存储的热能，并对时间步骤进行进一步积分。该结果被传递给变量 QSTO：
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(17) |
这个值 QSTO 除以时间步长 t 显示了壁体和流体之间的平均热流 QAV。当这个热流随时间变化时，有一个变量 QEND 代表时间步骤结束时的数值。为了得到一个封闭的能量平衡，从流体中接收或给予的热量被存储在变量 QAVI（平均值）和 QENDI 中，该热量也被传递到管道 3。该平衡显示了以下关系：
提示：取决于温度梯度的大小和时间步骤的选择，不可能得到一个封闭的能量平衡。如果出现较大的失衡，减少时间间隔或通过调整 FTSTEPS 来对时间步骤进行细化将是合理的。
如果对流体质量进行模拟（FSPECMXX = 2,3 和 4），平衡会变得与以下所示的有所不同：
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方程 2.8 的左边不再是零，因此在这个方程中考虑了流体质量。壁体和流体也作为瞬态能量存储。
在时间序列计算的开始，必须定义温度曲线。只要开关 FINIT 被设置为 1，就可以完成这项工作。根据开关 FSTART，有两种可能性来获得存储温度的初始值。
FSTART=1: 整个温度曲线被设定为 TSTART 值。
FSTART=2: 第一次计算使用环境温度、管道厚度、导热系数 LAM、传热系数 ALPHI 和 ALPHO 的规格来计算稳定状态的温度分布。
开关 FINST 通常控制组件的瞬态行为。
FINST=0: 由时间序列对话给出与时间有关的计算步骤的间隔。它可以控制整个计算过程。包括方程中的蓄热在内的所有瞬态项都将被解决。
FINST=1: 计算始终是稳态的。所有的流体数据将被直接传递给管道 2，而不进行任何计算。
FINST=2: 以 TIMESING 给定的时间步长进行静态单一计算。通过"Simulate"按钮来开始模拟。
FINST=3: 在模型选项面板（模拟 > 瞬态 > 时间处理 > 计算最大值）中，以 TIMEMAX 给出的时间步长进行静态单次计算。用"Simulate"按钮来开始模拟。
所有拥有 FINIT 标志的瞬态组件都可以通过一个全局标志来控制。
为此，标志 FINIT 已经被扩展到 GLOBAL: 0。
如果它被设置为这个值，瞬态模拟的控制将被移交给全局变量"瞬态模式"，这个变量可以在下面找到
附加\模型选项\模拟\瞬态\选择框"瞬态模式"。
然后将把所需的模式（第一次迭代或后续迭代）传递给组件。这可以通过"@calcoptions.sim.transientmode"的表达式从时间序列对话框中来控制。
为了建立依赖于温度的材料特性，引入了三条特征线：
所有图表的 X 轴上都显示温度。
所有其它的"特征线"形成一个循环缓冲区。用户不需要顾及它们。
与这种"特征线"相对应的，还有结果曲线。
规格矩阵 MXTSTO 和结果矩阵 RXTSTO
这也不是一个实际规格值的容器。该矩阵与结果矩阵 RXTSTO 的连接方式与上面描述的相同。存储壁和液体中的温度分布将以如下方式提交给矩阵。规格矩阵 MXTSTO 保存时间步骤 t-1 的数值，而结果矩阵 RXTSTO 获得时间步骤 t 的模拟结果，两个矩阵的指数标号和边界都是相同的。第一个指数标号指的是列，第二个指数标号指的是行。如下图所示，有三个框架边缘形成了设置为环境温度的绝热体，第四个框架边缘保留了指数标号为 k（1,2） 至 k（1,NX-1）的流体温度。所有剩下的内部元素包含了标有指数范围从 k（2,2）到 k（NY-1,NX-1）的壁温。
图2：存储设备的数值网格
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显示选项 1 |
点击 >> 组件 119 示例 << 加载示例。