冷卻劑流解實施

若要解出冷卻迴路中的流,必須計算出每個節點的正確壓力,以及迴路中每個元素的正確流速。

冷卻劑流分析根據兩個簡單的原理:

連續原理
整個系統必須滿足質量守恆,對於網路中所有的接合處,確保流入接合處的總流量等於流出接合處的總流量。此外,在一系列連接的管或管道中,不論直徑如何變化,總流速也必須保持固定。此原理由連續方程式描述,而且會在後續的頁面中說明。
功能原理
兩個接合處之間的壓降必須與兩個接合處之間所有路徑的壓降相同。此原理由功能方程式描述,而且修改為包括水頭損失、較小損耗以及迴路中存在的任何泵等結果。後續的頁面會說明這些推導。

若要解出迴路中每個節點的溫度和壓力,以及每個元素的流速,必須同時解出這些方程式。後續的頁面會詳細說明每一項的推導。展示以下方程式時請注意,索引 i 是指網路的節點,索引 j 是指連接至節點的元素分支,如冷卻劑流計算範圍中中所述。

流速的連續方程式

每個節點都必須滿足連續方程式:

,針對 i = 1, ... 節點數,j = 1...分支元素數

其中 是流體密度,Q 表示通道中的體積流速, 是指考量中給定節點分支的連接運算子 (+) 或 (-),如冷卻劑流計算範圍中所述。所有內部節點的質量流速 = 0,= 進入或離開網路 (給定邊界節點) 的質量通量。

壓降的功能方程式

連接至每個節點的每個分支元素,都必須滿足流速壓降關係,如一般的功能原理方程式所述:

其中 是從功能原理方程式 所導出的壓降流速關係, 是連接運算子 (+) 或 (-), 是質量流速, 是流體在網路中的密度函數。對於不可壓縮的流體 (例如水),這是一個常數。

包括摩擦水頭損失與較小損耗

不過,因為模具冷卻迴路會同時受到水頭損失和較小損耗兩者的影響,因此使用更特定的流速壓降關係版本。因流體剪切所造成的水頭損失是流體在任何直管中流動的函數。達西-威斯巴哈 (Darcy-Weisbach) 方程式計算直線管或管道中的摩擦所造成的壓降。較小損耗是流體流過配件、閥、折彎、彎頭、T 接頭、入口、出口、放大和收縮處的壓力損失。一般功能原理方程式可以修改為包括摩擦水頭損失和較小損耗,如下所示:

其中 是摩擦係數,D 是通道的直徑,L 是通道的長度,K 是阻抗係數 (可從製造商處取得),A 是通道的剖面面積,Q 表示通道中的體積流速。

註: 損失係數 K 取決於迴路元件的幾何圖形,和流體流經元件的雷諾數。但是在大多數情況下,K 係數會假設為與雷諾數無關,因為大部分的流實際上都有很大的雷諾數。如果是紊流,也就是有高雷諾數的流, 也與雷諾數無關。
包括泵

當分支有連接的泵或風扇元素,適用的關係為:

當您選擇在計算中包括重力時,會考慮邊界節點的高度。依預設會關閉此選項。

溫度方程式

每個節點的溫度都是從進入該節點的流體總能量獲得,並由以下公式給出:

其中 是流體溫度,方程式的右側是指分支元素。 是流體的比熱, 是傳至元素 e 的能量, 是元素的質量流速。