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:
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。
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。
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。
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。
也與雷諾數無關。
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。
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。