Maple 热工计算

冰箱、空调、余热回收、汽轮机、核电等，热工影响着生活的方方面面。

热工计算多种多样，包括：

• 热动力学热传导建模

• 计算热传递效率

• 传热、冷却系统中的参数优化

• 热流体的微分方程计算

• 模拟蒸汽压缩制冷循环中的热流

• 模拟热交换器的集总参数模型

• 计算空气变为人体舒适区所需的热量变换

• 找到最大化再生朗肯循环效率的参数

• 研究不同的流体和工艺参数如何影响有机朗肯循环的效率

为了建模和计算这些系统，热工程师需要一些科学概念：

    计算，例如

• 编程和脚本

• “活”的电子计算文件

• 可视化和图表

• 应用开发和部署

• ThermophysicalData -包含一系列计算热物理、热力学、热化学属性的函数。使用【CoolProp Library】，以及【NASA Glenn Coefficients】计算热力学属性

• DEtools - 求解常微分方程的函数包

• PDEtools - 求解偏微分方程的函数包

• ScientificConstants – 科学常数函数包

• Optimization – 参数优化函数包

• plots – 绘图函数包

• Units – 单位计算函数包

• Tolerances – 公差函数包

Maple 中的 ThermophysicalData 热物性数据函数包，基于开源物性库 CoolProp，可以使用函数提取热物特性数据。相比传统的使用图表或者查表的方式更加快捷、准确、不容易出错。

CoolProp 库是由 C++ 开发的常用工质热物性计算库，是开源免费物性库。该库包括：

• 122种纯流体和近纯流体状态方程和传输物性方程

• 使用高精度霍尔姆兹自由能公式计算的混合物性

• 40多种不可压缩流体、溶液和高精度湿空气焓湿计算程序

通过该函数包中的数据，可以实现：

• 模拟热力学循环中的热流

• 计算太阳能加热系统的效率

• 使用集中参数模拟换热器

• 优化涡轮机的性能

• 生成特定的焓湿图和压焓图等

该函数包是单位感知的，可以与 Maple 中的数值求解器、优化求解器、微分方程求解器等一起使用。

Maple 中的 ThermophysicalData 函数包，示例：

with (ThermophysicalData):

例如，二氧化碳在指定压力和焓下的温度：

在指定的温度和压力下，氦和氮的 30%-70% 摩尔混合物的密度

获取R134a的密度属性

计算任意流体混合物的属性

生成PHT图

PHTChart ("nitrogen")

生成湿度图

PHTChart ("nitrogen")

Maple 支持单位计算。

例如：稳态热和质量平衡是热能工程中的基本概念，但通常只涉及简单的数学运算。

以 R134a 为介质的压缩机，已知输入和输出条件

压缩机的工作原理可以用 Maple 来计算

方程的数值计算

例如，求解一组隐式方程组，描述求解流体通过绝热膨胀阀的流动

符号计算 - 偏微分方程离散为差分方程计算

许多热交换过程是用偏微分方程来描述，例如逆流热交换器中的温度动态，这些偏微分方程离散为常微分方程用于集总参数分析。

流体属性可以作为温度的函数，在离散化前可以代入 PDE 中。

优化

微分方程求解

压焓温度表

焓湿图

多种部署工具和方案：

• Maple（桌面程序）

• MapleNET（局域网或互联网）

• 免费阅读器 MaplePlayer

• 蒸汽压缩制冷循环分析

• 再生朗肯循环的效率优化

• 调节空气进入人体舒适区

• 通过膨胀阀的流体计算

• 潮湿的空气混合

• 空气流经平板时的传热系数

• 汽化乙醇所需的能量

• 组合循环的热效率

• 带压水堆的汽轮机循环型核电厂热效率

• 带有 2 个预热器的汽轮机循环的热效率

• 三回路蒸汽和燃气装置热效率的计算

• 甲烷的等温压缩

• 具有 T-s 和 h-s 图的组合循环的热效率等