Определение температуры в точке смешивания жидкости

 В данном уроке приведено описание простых шагов по моделированию системы смешивания жидкости (воды).

 Рассматривается задача с тремя резервуарами воды с одинаковыми значениями P\(_а\)=8000 [Па] и T=200℃, в которой резервуары 1 и 2 находятся на отметке 0 [м], смешиваются и наполняют третий, находящийся ниже на отметке -10 [м]. В результате расчёта требуется определить температуру в точке смешения.

1.  Создание и настройка проекта

 Для начала требуется создать новый проект и присвоить ему название, например, Определение температуры в точке смешивания жидкости.

 На следующем шаге нужно указать значение Времени моделирования- 20 [с]:

Настройка	Значение
1 Время моделирования	20 [с]

 Настройка времени моделирования, рис. 1:

Рис. 1 Настройка времени моделирования

 Приступим к выполнению основных шагов по созданию схемы, открыв библиотеку Теплогидравлики

2.  Добавление резервуаров

 Добавим блоки №1-3 нашей схемы. Для этого перенесем на рабочую область блок Резервуар (ТГ) и укажем ему следующее значение свойства:

Свойство	Значение
1 Избыточное давление	-92000 [Па]

Примечание

Остальные свойства блока №1 оставляем без изменений

Подсказка

Для задания необходимых значений свойств необходимо вычислить избыточное давление по следующей формуле:

\(P_{изб}=P_{абс}-P_{атм}=8000-100000=-92000 [Па]\)

Нам понадобится три таких блока, для этого воспользуемся одним из способов.

Классический перенос блока из библиотеки слева

Для этого необходимо перетащить блоки №2 и №3 на рабочую область.

Копирование блока, расположенного на рабочей области

Для этого необходимо:

1. Выделить блок №1 левой кнопкой мыши;

2. Нажать сочетания кнопок CTRL+C и CTRL+V.

Примечание

Второй способ предпочтительнее, т.к. значения свойств блоков №1 и №3 совпадают, а для блока №2 необходимо изменить лишь значение свойства температуры относительно значений свойств блоков №1 и №3

Изменение значения свойства температуры блока №2 относительно значений свойств блоков №1 и №3:

Свойство	Значение
1 Температура	40°C

Значения свойств блоков №1-3, рис. 2:

Рис. 2 Свойства блоков №1-3

3.  Добавление узла

 Перенесём блок №4Узел (ТГ) на рабочую область.

Примечание

Свойства блока оставляем без изменения.

 Размещаем блоки в соответствии с рис. 3:

Рис. 3 Размещение блоков

4.  Добавление трубопроводов

• Добавим на рабочую область блок №5 Участок трубопровода (ТГ) и зададим ему следующие свойства:

Свойство	Значение
1 Длина трубы	10 [м]
2 Диаметр трубы	0.3 [м]

Важно

В REPEAT VISION десятичные числа задаются через точку.

Примечание

Остальные свойства блока №4 оставляем без изменений

• Затем необходимо скопировать блок №5 для создания блока №6 с такими же свойствами.

• Аналогичным образом скопируем на рабочую область третий Участок трубопровода (ТГ) блок №7 и изменим ему одно значение свойства Перепад высот относительно свойств блоков №5 и №6:

Свойство	Значение
1 Перепад высоты между двумя точками	10 [м]

Примечание

При минус 10 происходит вытекание из резервуара 3 в 1 и 2, температура в узле тогда 20°С.

 Размещаем и соединяем блоки №5-7 в соответствии с рис. 4:

Рис. 4 Размещение и соединение блоков

5.  Добавление датчика температуры

 Для отображения показаний температуры в Узле (ТГ) добавим на рабочую область блок №8 датчик. В его свойствах укажем:

Свойство	Значение
1 Температура	true

 Размещаем блок №8 в соответствии с рис. 5:

Рис. 5 Подключение датчика

6.  Добавляем график для визуализации

1. Переходим во вкладку визуализация (см. рис. 6 ниже);

2. Добавляем график, нажав на кнопку Добавить, расположенную в правом нижнем углу;

3. Нажимаем на Параметр блока, ось Y;

4. Выбираем единственные доступный Параметр блока, ось Y - Температура, °C.

Рис. 6 Визуализация

Запустите расчёт кнопкой «Запустить моделирование»

Расчёт должен успешно завершиться следующим сообщением:

Расчет остановлен со стороны решателя. Достигнут лимит модельного времени.

На созданном ранее графике теперь должнен отобразиться результат расчётов, который приведен на рисунке рис. 7:

Рис. 7 График изменения температуры в точке смещения со временем

7.  Анализ результатов расчёта

 Температура в узле в установившемся режиме составила 30.04312˚С, время выхода на стационарный режим 16.15 [с]. Ожидаемая температура смешения двух потоков при одинаковом расходе воды составляет среднюю температуру двух источников:

\(T_{см}=\frac{T_{1x}+T_{1r}}{2}=\frac{20+40}{2}=30˚С\)

 Из-за разности плотностей горячей и холодной воды мы получили незначительно отличающуюся температуру от средней температуры двух источников.

\(\frac{|T_{см}-T_{см\hspace{1mm} мод}|}{T_{см}}\cdot 100\)%=0.144%

 Разница составляет 0.144%.

Примечание

При прочих равных входных данных канал пропускает больший расход через горячую ветку, чем через холодную.

8.  Вывод

 В ходе выполнение данного урока вы получили базовые знания для моделирования в ПО REPEAT VISION блоками Теплогидравлики.