一、引言
传热与流动是自然界与科学技术领域最普遍的物理现象。聚焦工业领域，传热、流体流动和燃烧问题是热工、核能、动力机械等行业所需研究解决的主要问题。复杂热流系统往往具有高复杂性、高成本性和高可靠性的特点，传统研制模式已逐渐无法满足现有需求。
MWORKS 2024a作为完整的科学计算与系统建模仿真一体化平台，此次同元软控基础模型库系列中全新发布了三大热流类模型库，可全面应用于核能、火电、航空、航天、船舶动力等行业。
本次MWORKS.Sysplorer 2024a中发布的热流类模型库如下：
二、典型应用案例
哪些系统可以使用本次发布的热流类模型库进行系统搭建与仿真分析，接下来列举几个典型应用案例：
1.二回路汽水系统
二回路汽水系统的主要功能是利用一回路中的热量产生蒸汽，通过蒸汽驱动汽轮机进行做功，可由基础热流体模型库V1.0.0和热流介质模型库V1.0.0进行搭建。基于系统模型可对二回路系统在稳态、瞬态工况下的运行特性进行分析，为系统设计、系统配置和系统优化提供有力手段。
△ 二回路汽水系统模型
△ 某汽轮机质量流量与功率曲线
2.管网系统
管网系统是指由管道、管件、阀门等组成的流体输送系统，广泛应用于供水、供气、采暖等行业中，该系统可由基础热流体模型库V1.0.0和热流介质模型库V1.0.0进行搭建，对管道、接头、阀门等设备中的流量与压损进行分析，以确保系统安全可靠、稳定运行。
△ 管网系统模型
△ 热管理系统模型
热管理系统
热管理系统为根据航空发动机燃油热管理系统进行搭建的简化版仿真系统，由热模型库V1.0.0配合热液压组件模型库V1.2.0和液压介质模型库V2.2.0（模型库详情见同元软控专业模型库系列——液压气动篇）进行搭建。在该系统中对燃油部分进行了简化并且在仿真模型中考虑了环境温度的影响，介质选用了与3号喷气燃料特性基本一致的燃油介质jetA，模拟燃油温度随时间的变化规律。
△ 管网系统计算结果
△ 发动机喷嘴前温度曲线
三、模型产品介绍
接下来为大家详细介绍一下上述工程案例中所涉及到的三类模型库。
3.1 模型库简介
基础热流体模型库-TYThermoFluidSys
基础热流体模型库包括管道、阀门、容器、接头、机械转动设备、换热器、热组件、边界和各类传感器等，共46个模型，可用于搭建大型复杂热流系统，进行动态特性仿真分析，覆盖热流系统的设计仿真验证、运行模拟、状态预测、数字化验证等多个应用场景，可用于核能、火电、船舶、液体动力和综合能源等领域。
△ 基础热流体模型库组件展示
热模型库-TYThermals
热模型库包括固体材料、热容、热传导、热对流、热辐射、换热器基础模块、0维湿空气、边界以及传感器等，共16种固体材料属性和46种模型。该模型库可应用于实现热演化、热传输、热能储存和辐射传热等计算，并与实际设计相结合，预测和解决工程中出现的热问题等。
△ 固体材料属性选择展示
△ 热模型库组件展示
热流介质模型库-TYMedia
热流介质模型库提供了多种热流系统中常用介质，包括理想气体介质、基于Helmholtz方程的介质、CoolProp介质、不可压缩流体介质和固体介质，共62类介质模型。此外，即将发布的V1.1.0版本支持通过TYMedia调用Modelica.Media中的介质，如理想气体、Water_IF 97等。该模型库主要应用于热流相关模型库对介质物性的调用，可计算工作介质在单相或两相状态下的物性参数，实现介质物性最大程度的复用，满足不同场景下热流系统的建模需求。
△ 热流介质展示
3.2 模型库依赖关系
MWORKS.Sysplorer中的同元软控基础模型库均基于Modelica标准库进行开发，且各专业的基础库可相互配套使用，实现多领域统一建模。其中，热流类模型库之间的依赖关系如下：
△ 模型库依赖关系
3.3 介质调用与传递
以往在系统搭建过程中，需要手动选择每一模型的介质，尤其对于大型系统，常会出现介质漏选或选错的情况。针对该问题，MWORKS.Sysplorer 2024a中的热流类模型库增加了介质传递功能，用户只需在某一个组件中选择介质，其余相连组件可自动同步该介质，极大地改善了用户的使用体验感。
△ 介质传递功能展示
3.4 便捷的二次开发操作
热流类模型库对代码进行了分层级开放，用户可查看接口库、可替换重用基类模板库等的建模文本，并参考用户指南中的二次开发模板实现对定制化模型的快速开发，详细二次开发操作步骤可参考各模型库对应的《用户手册》。
△ 二次开发架构展示
3.5 通用化的介质调用架构
值得一提的是，即将发布的热流介质模型库V1.1.0在V1.0.0的架构上进行了升级，其中沿用了标准库Modelica.Media中的基类继承架构，将热流介质模型库与标准库中的介质调用与物性计算进行了统一，也就是说，调用了热流介质模型库的组件模型也可直接选择标准库中的相关介质，解决了以往用户模型库与标准库相互独立的问题，一方面拓宽了组件模型的介质使用范围，另一方面也可充分利用标准库中的已有介质资源。
此外，在后续版本中会陆续将基础热流体模型库等同样与标准库进行统一，使其具有良好的联动性和更广泛的使用场景，敬请期待。
四、模型库使用快速入门
为了使大家快速上手热流类模型库的使用，以热力学中常见的蒸汽动力循环系统为例，介绍如何在MWORKS.Sysplorer 2024a中使用上述模型库产品。系统建模仿真的主要流程如下：
需求&模型分析
蒸汽动力循环是常见的热力循环之一，其主要原理为水在水泵中被压缩升压，然后经加热设备被加热汽化，变为过热蒸汽后进入汽轮机膨胀作功，作功后的低压蒸汽进入冷凝器被冷凝结为水，再回到水泵中，完成一个循环。该示例中主要关注稳态工况下各设备的压力、流量和功率等参数。
△ 蒸汽动力循环示意图
模型库加载
对案例中所使用的基础热流体模型库V1.0.0和热流介质模型库V1.0.0进行加载（加载TYThermoFluidSys后会自动加载TYMedia）。
△ 模型库加载
系统构建
对系统进行分析并梳理出所涉及的主要设备模型，如下表所示：
在新建的model中依据系统的物理拓扑依次进行组件拖拽、布局调整与接口连线，如下图所示。
△ 组件拖拽与接口连线
参数设置
在完成组件拖拽和接口连线后，需要根据实际部件的特性对应在组件参数面板进行参数设置。
△ 组件参数设置
检查编译
依次单击“检查”与“编译”按钮，对当前模型进行语法语义与方程变量数的检查，检查模型代码是否符合Modelica语法规范以及模型结构是否存在二义性。检查完成后，通过编译将模型平坦化，并生成模型对应的求解器。
△ 检查与编译结果
模型求解
求解前需要在“仿真设置”中对开始时间、终止时间、步长或步数、算法以及精度等进行设置。设置完成后，单击“仿真”按钮进行模型求解。
△ 仿真设置与模型求解
结果查看
在“仿真浏览器”中选择需要查看的结果变量，通过拖拽可查看仿真结果的曲线。
△ 仿真结果查看
五、总结
本文主要对热流系列模型库的应用和内容做简要介绍，更多组件及相关功能欢迎下载MWORKS.Sysplorer 2024a进行试用。其中，使用说明、二次开发指导及常见问题可参见各模型库《用户手册》。热流类模型库是同元软控基础库中的全新产品系列，期待收到大家的试用反馈，共同推动模型库产品不断优化完善。
未来，同元软控会持续对上述模型库进行维护与更新，不断提升产品的市场适应性，优化用户的使用体验感，并根据市场需求陆续推出热流系列的全新模型库。
