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Convective Heat Transfer

Transferencia de calor por convección

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Bibliotecas:
Simscape / Foundation Library / Thermal / Thermal Elements

Descripción

El bloque Convective Heat Transfer representa la transferencia de calor por convección entre dos cuerpos mediante el movimiento de fluidos. La ley del enfriamiento de Newton describe la transferencia,

$$Q=k\cdot A\cdot (T_A-T_B),$$

donde:

• Q es el flujo de calor.

• k es el coeficiente de transferencia de calor por convección.

• A es la superficie.

• D es la distancia entre capas, es decir, el espesor del material.

• T_A y T_B son las temperaturas de los dos cuerpos.

El coeficiente de transferencia de calor, k, puede ser constante, que se especifica con el parámetro Heat transfer coefficient, o variable, que se especifica con la señal física en el puerto K.

A y B son puertos de transferencia térmica asociados a los puntos entre los que se produce la transferencia de calor por convección. Dado que la dirección positiva del bloque va desde el puerto A al puerto B, el flujo de calor es positivo si fluye desde A hacia B.

Variables

Para establecer la prioridad y los valores objetivo iniciales para las variables del bloque antes de la simulación, utilice la sección Initial Targets en el cuadro de diálogo del bloque o de Property Inspector. Para obtener más información, consulte Establecer la prioridad y los valores objetivo iniciales para variables de bloque.

Los valores nominales ofrecen una forma de especificar la magnitud prevista de una variable en un modelo. Usar el escalado del sistema basado en valores nominales aumenta la solidez de la simulación. Los valores nominales pueden provenir de distintas fuentes, una de las cuales es la sección Nominal Values en el cuadro de diálogo del bloque o de Property Inspector. Para obtener más información, consulte Modify Nominal Values for a Block Variable.

Ejemplos

Sistema de calefacción de una casa

En este ejemplo se muestra cómo crear un modelo de un sistema sencillo de calefacción de una casa. El modelo contiene un calefactor, un termostato y una estructura de una casa con cuatro partes: aire del interior, paredes de la casa, ventanas y tejado.

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Paquete de baterías de iones de litio con fallo

Este ejemplo muestra cómo simular un paquete de baterías formado por varias series de células conectadas de una forma eficiente. También muestra cómo se puede introducir un fallo en una de las células para ver el impacto en el rendimiento de la batería y en la temperatura de las células. Por motivos de eficiencia, no se crea simplemente un modelo de las células idénticas de series conectadas conectando los modelos de las células en serie. En su lugar, se utiliza una única célula y la tensión del terminal se aumenta en proporción con el número de células. El fallo se representa cambiando los parámetros del subsistema Cell 10 Fault, reduciendo tanto la capacidad como la tensión del circuito abierto y aumentando los valores de resistencia.

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Refrigeración con fluido bifásico

En este ejemplo se muestra un modelo de ciclo de refrigeración por compresión de vapor utilizando componentes de fluido bifásico. El compresor conduce el refrigerante R-134a a través del condensador, una válvula de expansión y un evaporador. El gas caliente que sale del compresor se condensa en el condensador a través de la transferencia de calor al ambiente. La presión disminuye a medida que el refrigerante atraviesa la válvula de expansión. La disminución de la presión reduce la temperatura de saturación del refrigerante. Esto permite que hierva en el evaporador, ya que absorbe calor del compartimento refrigerador. A continuación, el refrigerante regresa al compresor para repetir el ciclo. El controlador activa y desactiva el compresor para mantener la temperatura del compartimento refrigerador dentro de un rango aproximado a la temperatura deseada.

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Puertos

Entrada

K — Señal de control del coeficiente de transferencia de calor, W/(K*m^2)

señal física

Señal física de entrada que controla el coeficiente de transferencia de calor. La señal se satura cuando el valor se encuentra fuera del límite mínimo especificado por el parámetro del bloque Minimum heat transfer coefficient.

Dependencias

Para activar este puerto, establezca el parámetro Convection type en Variable.

Transferencia

A — Cuerpo A

térmica

Puerto de transferencia térmica asociado con el cuerpo A.

B — Cuerpo B

térmica

Puerto de transferencia térmica asociado con el cuerpo B.

Parámetros

Tipo de convección — Cómo especificar el coeficiente de transferencia de calor

Constant (predeterminado) | Variable

Indica si se especifica el coeficiente de transferencia de calor del material como un parámetro de bloque o como una señal de entrada:

• Constant: el coeficiente de transferencia de calor, especificado por el parámetro Heat transfer coefficient, permanece constante durante la simulación.

• Variable: la señal física de entrada en el puerto K especifica el coeficiente de transferencia de calor, que puede variar durante la simulación. El parámetro Minimum heat transfer coefficient especifica el límite inferior del coeficiente de transferencia de calor.

Área — Área de transferencia de calor

1e-4 m^2 (predeterminado) | escalar positivo

Superficie de transferencia de calor.

Coeficiente de transferencia de calor — Coeficiente de transferencia de calor por convección

20 W/(K*m^2) (predeterminado) | escalar positivo

Coeficiente de transferencia de calor por convección.

Dependencias

Para activar este parámetro, establezca Convection type en Constant.

Coeficiente de transferencia de calor mínimo — Límite inferior del coeficiente de transferencia de calor

1e-3 W/(K*m^2) (predeterminado) | escalar positivo

Límite inferior del coeficiente de transferencia de calor por convección. La señal de entrada en el puerto K se satura en este valor para evitar que el coeficiente de transferencia de calor siga disminuyendo.

Dependencias

Para activar este parámetro, establezca Convection type en Variable.

Capacidades ampliadas

Generación de código C/C++
Genere código C y C++ mediante Simulink® Coder™.

Historial de versiones

Introducido en R2007b

R2022b: Coeficiente de transferencia de calor variable del modelo

El nuevo parámetro Convection type permite que el coeficiente de transferencia de calor sea constante, que se especifica mediante el parámetro Heat transfer coefficient, o variable, que se especifica como una señal física en el puerto K.

En la configuración predeterminada, con el parámetro Convection type establecido en Constant, el bloque funciona como en versiones anteriores.

Consulte también

Conductive Heat Transfer | Radiative Heat Transfer