Maple 热工计算
熱工計算背景
冰箱、空調、余熱回收、汽輪機、核電等，熱工影響著生活的方方面面。
熱工計算多種多樣，包括：
- 熱動力學熱傳導建模
- 計算熱傳遞效率
- 傳熱、冷卻系統中的參數優化
- 熱流體的微分方程計算
- 模擬蒸汽壓縮制冷循環中的熱流
- 模擬熱交換器的集總參數模型
- 計算空氣變為人體舒適區所需的熱量變換
- 找到最大化再生朗肯循環效率的參數
- 研究不同的流體和工藝參數如何影響有機朗肯循環的效率
為了建模和計算這些系統，熱工程師需要一些科學概念：
- 熱力學，例如熱力學基本定律焓，熵和比熱容的概念
- 流體力學，例如伯努利定律泵頭和管道摩擦
- 傳熱與傳質能量守恒定律傳熱系數集總參數建模
此外熱能工程師還需要用到一些實際工具：
- 數學，例如優化求根插值和外推
- ?計算，例如編程和腳本“活”的電子計算文件可視化和圖表應用開發和部署
工具對比
?Maple 軟件中的相關函數包
- ThermophysicalData -包含一系列計算熱物理、熱力學、熱化學屬性的函數。使用【CoolProp Library】，以及【NASA Glenn Coefficients】計算熱力學屬性
- DEtools - 求解常微分方程的函數包
- PDEtools - 求解偏微分方程的函數包
- ScientificConstants – 科學常數函數包
- Optimization – 參數優化函數包
- plots – 繪圖函數包
- Units – 單位計算函數包
- Tolerances – 公差函數包
流體屬性數據庫CoolProp
Maple中的ThermophysicalData熱物性數據函數包，基于開源物性庫CoolProp，可以使用函數提取熱物特性數據。相比傳統的使用圖表或者查表的方式更加快捷、準確、不容易出錯。
CoolProp庫是由C++開發的常用工質熱物性計算庫，是開源免費物性庫。
該庫包括：
通過該函數包中的數據，可以實現：
- 模擬熱力學循環中的熱流
- 計算太陽能加熱系統的效率
- 使用集中參數模擬換熱器
- 優化渦輪機的性能
- 生成特定的焓濕圖和壓焓圖
- 等等
該函數包是單位感知的，可以與Maple中的數值求解器、優化求解器、微分方程求解器等一起使用。
Maple中的ThermophysicalData函數包，示例：
with(ThermophysicalData):
?二氧化碳在指定壓力和焓下的溫度
在指定的溫度和壓力下，氦和氮的 30%-70% 摩爾混合物的密度
獲取R134a的密度屬性
計算任意流體混合物的屬性
?生成PHT圖PHTChart("nitrogen")
生成濕度圖PHTChart("nitrogen")
計算功能 - 單位計算
Maple支持單位計算。
?
計算功能 - 工質熱物性數據庫
例如：穩態熱和質量平衡是熱能工程中的基本概念，但通常只涉及簡單的數學運算。
?
?以R134a為介質的壓縮機，已知輸入和輸出條件
?壓縮機的工作原理可以用Maple來計算
計算功能 – 方程求解
方程的數值計算
例如，求解一組隱式方程組，描述求解流體通過絕熱膨脹閥的流動
?
計算功能 – 微分方程求解
符號計算 - 偏微分方程離散為差分方程計算
許多熱交換過程是用偏微分方程來描述，例如逆流熱交換器中的溫度動態，這些偏微分方程離散為常微分方程用于集總參數分析。
?流體屬性可以作為溫度的函數，在離散化前可以代入PDE中。
優化
?微分方程求解
?
?
熱工計算的可視化
?
壓焓溫度表?
?焓濕圖
計算模板部署和分享
多種部署工具和方案
- Maple（桌面程序）
- MapleNET（局域網或互聯網）
- 免費閱讀器MaplePlayer
?Maple Player
?Maple中熱工應用案例庫
?
Maple中熱工應用案例庫 – 計算書Workbook
?
熱工計算示例
?示例下載：
- 蒸汽壓縮制冷循環分析
- 再生朗肯循環的效率優化
- 調節空氣進入人體舒適區
- 通過膨脹閥的流體計算
- 潮濕的空氣混合
- 空氣流經平板時的傳熱系數
- 汽化乙醇所需的能量
- 組合循環的熱效率
- 帶壓水堆的汽輪機循環型核電廠熱效率
- 帶有 2 個預熱器的汽輪機循環的熱效率
- 三回路蒸汽和燃氣裝置熱效率的計算
- 甲烷的等溫壓縮
- 具有T-s和h-s圖的組合循環的熱效率
- 等等
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Maple 热工计算的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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