Maple 热工计算
热工计算背景
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：
热力学，例如
热力学基本定律
焓，熵和比热容的概念
流体力学，例如
伯努利定律
泵头和管道摩擦
传热与传质
能量守恒定律
传热系数
集总参数建模
此外热能工程师还需要用到一些实际工具：
数学，例如
优化
求根
插值和外推
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
工具对比
Maple 软件中的相关函数包
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
流体属性数据库CoolProp
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")
计算功能 - 单位计算
Maple 支持单位计算。
计算功能 - 工质热物性数据库
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
计算功能 –方程求解
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
计算功能 –微分方程求解
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
热工计算的可视化
压焓温度表
焓湿图
计算模板部署和分享
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
Maple中热工应用案例库
Maple中热工应用案例 – 计算书Workbook
热工计算示例
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
