Вычисление изменения энтальпии

Изменение энтальпии узловых точек происходит под действием внешнего конвективного отвода теплоты:

.

Температура теплоносителя Т₁ и поверхности объекта охлаждения Т₂ определены (см. рис. 11), поэтому для расчета конвективного отвода теплоты необходимо определить коэффициент теплоотдачи α:

Порядок построения комплексной формулы изучен в рамках лабораторной работы №1. Формулы для вычисления критериев Прандтля и Релея обращаются к листу «Свойства воды» для получения данных о физических характеристиках теплоносителя (см. рис. 12, рис. 13).

Рис. 12. Вычисление критерий Прандтля

Рис. 13. Вычисление критерия Релея

Для расчета коэффициентов A и n можно воспользоваться рекомендациями лабораторной работы №1. В конечном итоге коэффициент теплоотдачи определяется формулой, приведенной на рис. 14.

Рис. 14. Комплексная формула для расчета коэффициента теплоотдачи

при естественной конвекции воды

Далее, для удобства вычислений и обработки результатов эксперимента, в первом столбце матрицы вычислений формируются значения τ_i+1= τ_i +∆τ, где 0 < τ_i < 300 с. Вычисление элементов теплового баланса элементарной точки организовано в трех последовательных ячейках Т_i , h_i и q_i+1.

На первом временном слое значения Т_i и h_i считываются из массивов «Начальная температура» и «Начальная энтальпия» (см. рис. 15).

Рис. 15. Определение температуры узловой точки

на первом временном слое

Для последней узловой точки задается значение температуры, которое определяется в соответствии с граничными условиями эксперимента (см. рис. 16).

Рис. 16. Определение температуры на пассивной границе

моделируемого объекта

Для первой узловой точки выполняется вычисление q_i-1= α∙(T₂ - T₁) (см. рис. 17).

Рис. 17. Расчет величины конвективного отвода теплоты

от поверхности объекта охлаждения

Для всех остальных узловых точек первого слоя рассчитывается только значение q_i+1 (см. рис. 18).

Рис. 18. Определение теплоподвода узловой точки

на первом временном слое

Расчет изменения энтальпии начинается со второго временного слоя τ = ∆τ. Сначала вычисляется значение энтальпии первой точки. Для чего используются полученные в предыдущей строке значения q_пред (ячейка J40) и q_i+1 (ячейка M40), а также значение q_v, которое считывается из таблицы данных о физических свойствах ткани узловой точки.

Рис. 19. Расчет значения энтальпии на новом временном слое

Затем вычисляется новое значение температуры Т_i, которая определяется по значению энтальпии h_i и теплоемкости i-ой узловой точки (см. рис. 20).

Рис. 20. Расчет значения температуры на новом временном слое

После этого в ячейку М41 копируется формула для расчета q_i+1, так как к этому моменту на временном слое значение температуры Т_i+1

еще не определено. Значение потока теплоты велико и имеет отрицательный знак (см. рис. 21).

Рис. 21. Расчет теплового потока от последующей узловой точки массива

Не обращая внимания на эту ошибку, копируем содержимое ячеек Т_i, h_i и q_i+1 в буфер обмена и вставляем в соответствующие ячейки следующей узловой точки. Операция повторяется для всех точек до i=n включительно. После этого строка τ = ∆τ содержит все формулы, необходимые для моделирования нестационарной передачи теплоты. Копируем строку многократно и получаем экспериментальную матрицу, которая описывает изменения температуры Т_i=f(τ, x), энтальпии h_i =f(τ, x) и тепловых потоков q_i+1=f(τ, x) в период τ ≤τ_max. Продолжительность виртуального эксперимента ограничивается по условиям гипотермической безопасности [4]:

Для учета этих условий в экспериментальную матрицу введен столбец «Контроль», ячейки которого посредством функции «ЕСЛИ» проверяют соблюдение условий гипотермической безопасности на каждом временном слое. В случае нарушения условий в ячейке «Контроль» появится информационное сообщение о характере нарушений, а эксперимент прекратиться (см. рис.22).

Рис. 22. Проверка соблюдения условий гипотермической безопасности

После оформления матрицы численного эксперимента можно переходить к выполнению индивидуального задания. Например, изменять температуру теплоносителя и определять максимально допустимую продолжительность охлаждения, варьировать толщину слоев δ_э и δ_ж, менять начальное распределение температуры и т.д.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: