热流系统建模仿真与应用

目 录
第1章 绪论 1
1.1 系统与系统建模仿真 1
1.1.1 系统 1
1.1.2 系统建模 1
1.1.3 系统仿真 2
1.2 热流系统简介 2
1.2.1 电池热流系统 2
1.2.2 建筑HVAC系统 3
1.2.3 飞机热流系统 4
1.3 热流系统性能的建模与仿真 5
1.4 热流系统建模仿真软件 6
1.4.1 通用工程软件 6
1.4.2 CFD（计算流体力学）模型 7
1.4.3 商业软件 8
1.4.4 联合仿真 9
1.5 模型的检验、验证与校验 9
第2章 热流系统建模仿真的理论基础 11
2.1 通用控制方程 11
2.1.1 控制方程的通用形式 11
2.1.2 质量守恒方程 12
2.1.3 动量守恒方程 13
2.1.4 能量守恒方程 15
2.2 两相流理论及均质模型 16
2.2.1 两相流理论 16
2.2.2 均质模型的守恒方程 18
2.3 非牛顿流体的基本理论 20
2.3.1 非牛顿流体 22
2.3.2 固液混合物 24
2.4 ?理论 32
2.4.1 熵的产生 32
2.4.2 可逆过程、实际功和损失功 32
2.5 两相流求解过程和参数设定 33
2.5.1 两相流理论 33
2.5.2 两相流混合焓 38
2.5.3 两相流混合熵 39
2.5.4 两相流混合密度 40
2.5.5 两相流混合黏度 43
2.5.6 两相流的混合热导率 43
第3章 热流系统传热组件的建模仿真 45
3.1 稳态导热 45
3.2 对流传热 46
3.3 热交换模型 46
3.4 分布式热源 47
3.5 组合式传热 47
3.6 薄膜对流传热 48
3.7 流体辐射传热 49
3.8 冲击射流传热 50
3.9 表面辐射传热 51
3.10 案例3-1：热交换器的建模仿真 52
3.11 案例3-2：冷冻水分配网络的热流系统模拟 62
第4章 热流系统动力组件的建模仿真 86
4.1 离心泵 86
4.2 压缩机 87
4.3 容积式压缩机 88
4.4 容积泵 89
4.5 变速泵 89
4.6 涡轮 89
4.6.1 蒸汽涡轮模型 90
4.6.2 可压缩或两相流体涡轮模型 90
4.7 汽轮机 91
4.7.1 基本原理 91
4.7.2 可调节高压汽轮机 92
4.7.3 高压（HP）汽轮机 93
4.7.4 中压（IP）汽轮机 93
4.7.5 低压（LP）汽轮机 93
4.8 案例4-1：压水反应堆循环系统仿真 93
4.8.1 问题描述 93
4.8.2 步骤概览 96
4.8.3 算例小结 151
第5章 热流系统节流组件的建模仿真 152
5.1 节流组件的基本形式 152
5.1.1 基本原理 152
5.1.2 简化的控制阀 153
5.1.3 调节阀的工作原理 153
5.2 止回阀 154
5.3 溢流阀 154
5.4 控制阀 155
5.5 减压阀 155
5.6 恒温器 155
5.7 球阀 156
5.8 截止阀 156
5.9 蝶阀 157
第6章 热流系统储液组件的建模仿真 158
6.1 累加器 158
6.2 储罐接口 158
6.3 开放容器 159
6.4 蓄水池 159
6.5 两相槽 159
6.6 半密闭式容器 160
6.7 案例6-1：带储罐的管流模拟 160
6.7.1 问题描述 160
6.7.2 建模步骤 161
第7章 热流系统流体输配管网的建模仿真 175
7.1 流体输配管网系统的基本组成与原理 175
7.1.1 流体输配管网系统简介 175
7.1.2 流体输配管网系统组成 175
7.1.3 流体输配管网系统分类 175
7.2 气体输配管网 176
7.2.1 气体重力管流 176
7.2.2 气体压力管流 176
7.3 液体输配管网 177
7.3.1 液体重力循环管流 177
7.3.2 液体机械循环管流 178
7.4 案例7-1：水力网络的建模和仿真 178
7.4.1 问题描述 178
7.4.2 案例1 180
7.4.3 案例2 191
7.5 案例7-2：水力网络的流量控制建模与仿真 205
7.5.1 问题描述 205
7.5.2 步骤 205
第8章 HVAC系统的建模和仿真 220
8.1 系统基本构成 220
8.1.1 基本概念 220
8.1.2 系统分类 221
8.2 蒸汽压缩式制冷热力学原理 221
8.3 案例8-1：蒸汽压缩循环制冷系统的建模和仿真 223
8.3.1 问题描述 223
8.3.2 设计标准和数据 224
8.3.3 步骤概览 224
8.4 飞机座舱环境控制系统的建模仿真 289
8.4.1 座舱空气压强管理系统 289
8.4.2 座舱环境控制原理 292
8.4.3 座舱ECS的热流系统建模与仿真结果 295
参考文献 300