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 τi+1= τi +∆τ, где 0 < τi < 300 с. Вычисление элементов теплового баланса элементарной точки организовано в трех последовательных ячейках Тi , hi и qi+1.
На первом временном слое значения Тi и hi 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 qi-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 qi+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 qпред (ячейка J40) и qi+1 (ячейка M40), а также значение qv, 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 Тi, которая определяется по значению энтальпии hi 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 qi+1, так как к этому моменту на временном слое значение температуры Тi+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 Тi, hi и qi+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 Тi=f(τ, x), энтальпии hi =f(τ, x) и тепловых потоков qi+1=f(τ, x) в период τ ≤τmax. 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 δэ и δж, менять начальное распределение температуры и т.д.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2025 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|