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分层流体储存罐
一
个液体充满的显热能储存罐的热性能，有热分层，假设罐由
N
个
(N
≤
15)
充分混合等体积
段组成，如图
5.12.1-1
。分层的程度由
N
值决定。如果
N
等于
1
，储罐模拟是一个充分混
合的罐，
没有分层效应。
可选固定或者
可变进口，
不等尺寸的节点，
加热器温控的温度死区，
增值热损失，辅助加热器的烟气损失，这些量都是可用的。
1.
术语
Ai
第
i
罐段的表面面积；
Cpf
罐流体的比热容
Hi
段的高度
i
有最高（最热）段的罐段，
i=1
l1
第一个加热器位于的罐段的数目，
1
≤
l
≤
N
l2
第二个
加热器位于的罐段的数目，
1
≤
l
≤
N
IN1
来自热源进入流的节点位置，
1
≤
lT
≤
N
IN2
来自负荷的回流的节点位置，
1
≤
lT
≤
N
IT,1
第一个加热器的温控位于的罐段数
目，
1
≤
lT,1
≤
N
IN,2
第二个温控位于的罐段数目，
1
≤
lT,2
≤
N
Mi
第
i
截面的流体质量
< br>
mL
到负荷的流体或补充液的质量流量
mh
从热源到罐的流体质量流量
N
充分混合罐段的数目
(N<15)
Qaux
加热器输入的总能率
Qaux,1
第一个辅助加热器输入的能率
Qaux,2
第二个辅助加热器输入的能率
Qenv
罐到环境的能量损失率，包括沸腾影响
QHE,1
第一个加热器输入的最大能率
QHE,2
第二个加热器输入的最大能率
Qi
加热段
到第
i
段输入的能率
Qin
从热流体到罐输入的能率
Qrec
为了使所有段
i
≤
l
达到设置温度，加热器需要输入的能率
Qs
从罐转移到负荷侧的显热能率
Sh
从热源来的流体进入的罐段的数目，
1
≤<
/p>
Sh
≤
N
SL
number of the tank segment to which the
fluid replacing that extracted to supply
the load enters
，
1
≤
SL
≤<
/p>
N
t
时间
?
平均罐温度
Tenv
罐周围环境的温度
Ti
第
i
段的温度
Tf
当加热器不运行时烟道的平均温度
Th
从热源进入罐的流体温度
TL
temperature of the fluid
replacing that extracted to supply the load
Tset,1
第一个加热器温控的设置温度
Tset,2
第二个加热器温控的设置温度
Ut
罐与环境之间的损失系数（每单位面积）
?
Ui
在第
i
个罐
节点和环境之间的增值损失系数（每单位面积）
(UA)f
当加热器不工作时，对于烟道的热损失的总导热系数
(UA)f,I
对节点
i
到烟道的热损失导热系数
Vt
罐体积
?
E
罐的内能改变
?
Tdb
,
1
第一个温控的温度死区。当
T
IT
1
?
(
T
set
,
1
?
?
T
db
,
1
)
时加热器开启，并保持运行
直到
TIT1=Tset,1
?
T
db
,
2
第二个
温控的温度死区。当
T
IT
2
?
(
T
set
,
2
?
?
T
db
,
2
)
时加热器开启，并保持运
行直到
TIT2=Tset,2
?
i
?
f
控制辅助加热器开启停止的控制函数，
1
为
关，
0
为开
?
htr
可选控制函数输入端（
0
或
1
）
，表示有或没有内部辅助加热
?
f
流体密度
2.
数学描述
运行模型
Mode
1
，流体以固定位置进入罐
内。负荷流从底部进入罐中，如果有辅助加热器，则热源
流
(h
ot
source)
从辅助加热器下方进入罐；如果没有，则
从罐顶进入。在每个时间迭代结束
后，通过适当相邻节点的总混合，消除存在的温度逆流
。
Mode
2
，流体从与之温度最接近的节点进入。当有足够的节点时，他容许有最大限度的分
层。
Mode 3
，
用户必须定义节点，<
/p>
包含负荷流
（
load flow
）
和热源流
（
sou
rce flow
）
的进口位置。
用户可以通过使用参数
6
，定义每个节点的高度，即
5+N
。最简单的，通
过设置参数
6
为负
值，定义相等尺寸节
点，罐总高度等于参数
6
的绝对值。在这种情况下，没有额外的
节点
尺寸规定是必须的。
内部辅助加热器
这个模型包括两个电
阻加热元段，受温度或时间控制的控制。在每天的选定时间（非峰值
小时）中控制运行容
许额外电能到罐内
The
control
option
allows
the
addition
of
electrical
energy to the
tank during selected periods of each day (e.g.,
off-peak hours).
。电阻加热器可能
会以两个
模式中的一个运行。第一个模式，
主
/
从关系，当顶端满足要求时只容许底部加热
段运行。在这个控制模式中，不可能两个电加
热器同时运行。然而，对于两个加热器，在
同一时间步长内可能都运行（上部的加热器可
能在时间步长的前半段运行，下部的加热器
可能在此时间步长的后半段运行）
。
对于大部分的家用热水器一般采用
Mode
1
。
Mode 2
中，
两个加热器可能同时运行。他容许对罐快速加热，但是是在显著的较高电力需求下。如果
在罐模型中无电加热段设置，设置最高辅助加热率为
0
（不要把节点的位置设为
0
）
辅助加热器采用温度死区。如果含温控的节点温度小于
(
Tset
?
?
Tdb
)
，加热器会开启。
如果温控温度小于
Tset
，对于先前的间隔，加热器
会开启
if it was on for the previous
interval and the thermostat
temperature is less than Tset
。如果下部加热器符合
这些规定，将
采用主
/
从关系模式，<
/p>
并且在启动第二个加热器之前，会对上部加热器进行检测，看其是否
运行。
热损失
在很多情况下，罐可能不是绝
热的或者用户想考虑罐的管道进口的影响。在版本
14
中，对<
/p>
于用户，可以通过额外参数的规定来递增地隔离分层罐的某些节点。为了利用增值的损失<
/p>
系数，
用户必须将第五个参数设置小于
0
，
并指定增值损失系数。
对第
i
个节点的损失系数：
为了考虑沸腾影响，
储罐中要增加安全阀。
用户必须指定液体的沸腾温度，
通风会释放足够
的能量以保证罐在沸腾温度内。忽略由于通风引起的质量损失。
此模型容许
an
in-tank gas auxiliary heater
的烟气流动的损失。来自
所有节点并包括辅助加热
器的总损失出现在罐的内部和外部。当加热器没有工作时，对于
烟气热损失，用户要指定
总的导热系数，
(UA)f
，其基于环境温度
Tenv
。此导热系数被含加热
器的节点分割。
流体流动
模型中采用的假设是，
来自每个节点向上或向下流动的流体在进入每个段之前已经充分混合。
对图
5.12.1-2
而言，
m1<
/p>
被加入
m4
，
m
2
被加入
m3
，不论是向上还是向下，
决定了合成的
流动。在第
i
段的能量平
衡（忽略损失）计算式：
发现一般
后面的假设相比于先前的实验测试的结果，有更高程度的分层。
如果
，
或如
果它之前是关的并且
，
或如果
TIT<
/p>
≥
Tset
，
则
。如果在
辅助加热器会关。否则，从加热器进入罐的能率为
两个辅助加热器之间指定的模式为主
/
从关
系模式，
当上部加热器开时下部辅助加热器一直
是关的。此模式
假设从加热器提供给罐的能量放置在含加热器的罐段，直到此段的温度达
到此段上部的温
度。然后，能量等量的加到两个段，直到它们达到它们之上的段的温度。
如果容许两个加
热元件同时运行，上部元件的影响先被计算，随后才是下部元件。
第
i
罐段的能量平衡式：
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